Технологии коммутации и маршрутизации в локальных компьютерных сетях

Компьютерные системы и сети

Выпуск 1

Компьютерные системы и сети

Серия основана в 2013 году

Ответственный редактор А.В. Пролетарский

РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ:

д-р техн. наук А.А. Александров (председатель)
д-р техн. наук  В.А. Матвеев (гл. редактор)
д-р техн. наук В.В. Девятков
д-р техн. наук И.П. Иванов
д-р техн. наук А.П. Карпенко
академик РАН Е.А. Микрин
д-р техн. наук А.В. Пролетарский
канд. техн. наук И.В. Рудаков
д-р техн. наук В.В. Сюзев
д-р техн. наук В.М. Черненький
член-корр. РАН В.А. Шахнов

Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2013

Компьютерные системы и сети

Выпуск 1

Технологии 
коммутации и маршрутизации 
в локальных компьютерных сетях

Под общей редакцией А.В. Пролетарского

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по университетскому 
политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов 
высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 230100 
«Информатика и вычислительная техника»

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
Москва   2013

УДК 004.7
ББК 32.973.202
        Т38
А в т о р ы:
Е.В. Смирнова, А.В. Пролетарский, Е.А. Ромашкина, 
А.М. Суровов, Р.А. Федотов

Научный редактор С.В. Козлов (MCSE, MCITP, CCNP, MCT)

Р е ц е н з е н т ы: 
зам. директора по образованию и исследованиям Mail.Ru Group Д.А. Волошин;
зав. кафедрой «Компьютерные системы и сети» МГТУ им. Н.Э. Баумана 
д-р техн. наук, проф. В.В. Сюзев 

Т38   
Технологии коммутации и маршрутизации в локальных 
компью терных сетях : учеб. пособие / [Е. В. Смирнова, А. В. Про-
летарский и др.] ; под общей ред. А.В. Пролетарского. – М. : Изд-во 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. – 389, [3] с. : ил. – (Компьютерные си-
стемы и сети). 
ISBN 978-5-7038-3733-7
В учебном пособии изложены основные сведения по фундаментальным 
технологиям коммутации второго и третьего уровней в локальных компью-
терных сетях. Рассмотрены методы начальной настройки и управления ком-
мутаторов D-Link. На практических примерах показаны методы построения 
виртуальных локальных сетей (VLAN) с применением протоколов семейства 
STP, технологии агрегирования каналов связи, безопасности (ACL) и обеспе-
чения качества обслуживания (QoS), а также принципы статической и дина-
мической IPv4- и IPv6-маршрутизации. Изложены сведения по многоадрес-
ным схемам передачи данных и управлению сетевым оборудованием с по-
мощью протоколов SNMP и RMON. Приведена справочная информация об 
актуальной линейке моделей коммутаторов D-Link.
Представленные в учебном пособии теоретические положения изложе-
ны в терминах учебных материалов компании D-Link и дополнены 24 прак-
тическими занятиями (лабораторными работами), охватывающими все рас-
смотренные в книге темы.
Содержание учебника соответствует программе и курсу лекций, кото-
рый авторы читают в МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направле-
нию подготовки «Информатика и вычислительная техника».

УДК 004.7
ББК 32.973.202

ISBN 978-5-7038-3733-7                   © Оформление. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013

Оглавление

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
11
Обозначения, используемые в книге, и синтаксис команд  . . . . . . . . . . . . . . . .  
12
1. Основы коммутации  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
13
 
1.1. Эволюция локальных сетей  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
13
 
1.2. Функционирование коммутаторов локальной сети  . . . . . . . . . . . . . . .  
16
 
1.3. Методы коммутации  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
18
 
1.4. Конструктивное исполнение коммутаторов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
20
 
1.5. Физическое стекирование коммутаторов   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
21
 
1.6. Типы интерфейсов коммутаторов   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
22
 
1.7. Архитектура коммутаторов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
26
 
 
1.7.1. Архитектура с разделяемой шиной  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
27
 
 
1.7.2. Архитектура с разделяемой памятью. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
28
 
 
1.7.3. Архитектура на основе коммутационной матрицы  . . . . . . . . . .  
30
 
1.8. Характеристики, влияющие на производительность коммутаторов   
35
 
 
1.8.1. Скорость фильтрации и скорость продвижения кадров . . . . . . .  
35
 
 
1.8.2. Размер таблицы коммутации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
37
 
 
1.8.3. Объем буфера кадров. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
37
 
1.9. Управление потоком в полудуплексном и дуплексном режимах  . . . .  
38
 
1.10. Технологии коммутации и модель OSI  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
39
 
1.11. Программное обеспечение коммутаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
40
 
1.12. Общие принципы сетевого дизайна. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
40
 
1.13. Трехуровневая иерархическая модель сети. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
41
 
1.14. Обзор функциональных возможностей коммутаторов. . . . . . . . . . . .  
43
2. Начальная настройка коммутатора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
44
 
2.1. Классификация коммутаторов по возможности управления. . . . . . . .  
44
 
2.2. Средства управления коммутаторами  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
44
 
2.3. Подключение к коммутатору  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
45
 
2.4. Начальная конфигурация коммутатора  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
48
 
 
2.4.1. Вызов помощи по командам  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
48
 
 
2.4.2. Базовая конфигурация коммутатора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
49
 
2.5. Подключение к Web-интерфейсу управления коммутатора  . . . . . . . .  
54
 
2.6. Загрузка нового программного обеспечения в коммутатор. . . . . . . . .  
56
 
2.7. Загрузка и резервное копирование конфигурации коммутатора. . . . .  
57
3. Виртуальные локальные сети (VLAN)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
58
 
3.1. Понятие VLAN и их типы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
58
 
3.2. VLAN на основе портов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
60
 
3.3. VLAN на основе стандарта IEEE 802.1Q. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
62
 
 
3.3.1. Некоторые определения IEEE 802.1Q  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
64
 
 
3.3.2. Тег VLAN IEEE 802.1Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
65
 
 
3.3.3. Port VLAN ID  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
66
 
 
3.3.4. Продвижение кадров VLAN IEEE 802.1Q . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
66
 
 
3.3.5. Пример настройки VLAN IEEE 802.1Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
70
 
3.4. Статические и динамические VLAN  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
72

Технологии коммутации и маршрутизации в локальных компьютерных сетях

 
3.5. Протокол GVRP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
73
 
 
3.5.1. Таймеры GVRP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
74
 
 
3.5.2. Пример настройки протокола GVRP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
76
 
3.6. Q-in-Q VLAN  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
77
 
 
3.6.1. Формат кадра Q-in-Q  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
77
 
 
3.6.2. Реализации Q-in-Q  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
78
 
 
3.6.3. Значения TPID в кадрах Q-in-Q  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
78
 
 
3.6.4. Роли портов в Port-based Q-in-Q и Selective Q-in-Q  . . . . . . . . . .  
79
 
 
3.6.5. Политики назначения внешнего тега и приоритета в Q-in-Q  . .  
79
 
 
3.6.6. Базовая архитектура сети с функцией Port-based Q-in-Q . . . . . .  
79
 
 
3.6.7. Пример настройки функции Port-based Q-in-Q. . . . . . . . . . . . . .  
81
 
 
3.6.8. Пример настройки функции Selective Q-in-Q  . . . . . . . . . . . . . . .  
83
 
3.7. VLAN на основе портов и протоколов — стандарт IEEE 802.1v  . . . .  
83
 
3.8. Асимметричные VLAN  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
87
 
3.9. Функция Traffi c Segmentation  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
89
4. Функции повышения надежности и производительности  . . . . . . . . . . .  
92
 
4.1. Протоколы семейства Spanning Tree Protocol (STP) . . . . . . . . . . . . . . .  
92
 
 
4.1.1. Понятие петель. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
92
 
 
4.1.2. Построение активной топологии связующего дерева  . . . . . . . .  
94
 
 
4.1.3. Bridge Protocol Data Unit (BPDU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
96
 
 
4.1.4. Состояния портов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
98
 
 
4.1.5. Таймеры STP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
99
 
 
4.1.6. Изменение топологии  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  100
 
 
4.1.7. Настройка STP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  101
 
4.2. Rapid Spanning Tree Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  102
 
 
4.2.1. Роли портов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  103
 
 
4.2.2. Формат BPDU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  104
 
 
4.2.3. Быстрый переход в состояние Forwarding . . . . . . . . . . . . . . . . . .  105
 
 
4.2.4. Механизм предложений и соглашений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  106
 
 
4.2.5. Новый механизм изменения топологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  107
 
 
4.2.6. Стоимость пути RSTP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  109
 
 
4.2.7. Совместимость с STP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  109
 
 
4.2.8. Настройка RSTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  110
 
4.3. Multiple Spanning Tree Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  111
 
 
4.3.1. Логическая структура MSTP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  111
 
 
4.3.2. Multiple Spanning Tree Instance (MSTI)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  114
 
 
4.3.3. Формат MSTP BPDU  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  114
 
 
4.3.4. Вычисления топологий MSTP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  114
 
 
4.3.5. Роли портов MSTP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  116
 
 
4.3.6. Пример топологии MSTP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  118
 
 
4.3.7. Состояние портов MSTP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  120
 
 
4.3.8. Счетчик переходов MSTP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  120
 
 
4.3.9. Настройка протокола MSTP на коммутаторах   . . . . . . . . . . . . . .  120
 
4.4. Функция LoopBack Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  124
 
4.5. Обеспечение безопасности STP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  126
 
4.6. Агрегирование каналов связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  126

Оглавление

5. Адресация сетевого уровня и маршрутизация   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  133
 
5.1. Сетевой уровень. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  133
 
5.2. Обзор адресации сетевого уровня  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  134
 
 
5.2.1. Формат пакета IPv4  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  135
 
 
5.2.2. Представление и структура адреса IPv4  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  136
 
 
5.2.3. Классовая адресация IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  138
 
 
5.2.4. Частные и публичные адреса IPv4  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  139
 
5.3. Формирование подсетей  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  140
 
5.4. Бесклассовая адресация IPv4  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  144
 
5.5. Способы настройки IPv4-адреса  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  146
 
5.6. Протокол IPv6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  146
 
 
5.6.1. Формат заголовка IPv6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  147
 
 
5.6.2. Представление и структура адреса IPv6  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  150
 
5.7. Типы IPv6-адресов   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  151
 
 
5.7.1. Индивидуальные адреса  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  152
 
 
5.7.2. Групповые адреса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  154
 
 
5.7.3. Альтернативные адреса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  156
 
5.8. Формирование идентификатора интерфейса   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  158
 
5.9. Способы настройки IPv6-адреса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  159
 
5.10. Планирование подсетей IPv6  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  161
 
5.11. Протокол NDP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  162
 
 
5.11.1. Разрешение IPv6-адресов с помощью протокола NDP 
 
 
            и определение недоступности соседа  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  163
 
 
5.11.2. Проверка дублирования адресов   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  166
 
 
5.11.3. Обнаружение маршрутизатора  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  166
 
5.12. Маршрутизация  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  167
 
 
5.12.1. Процесс обработки пакета маршрутизирующим устрой-
 
 
            ством  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  169
 
 
5.12.2. Коммутация третьего уровня  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  170
 
 
5.12.3. Статическая и динамическая маршрутизация. . . . . . . . . . . . . .  171
 
 
5.12.4. Протоколы динамической маршрутизации  . . . . . . . . . . . . . . . .  173
 
5.13. Дистанционно-векторные протоколы маршрутизации  . . . . . . . . . . .  176
 
 
5.13.1. Принцип работы дистанционно-векторного алгоритма 
 
 
            маршрутизации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  177
 
 
5.13.2. Проблемы функционирования дистанционно-векторного 
 
 
            алгоритма маршрутизации  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  178
 
5.14. Протокол RIP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  182
 
 
5.14.1. Протокол RIPv1  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  183
 
 
5.14.2. Протокол RIPv2  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  186
 
 
5.14.3. Протокол RIPng  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  189
6. Качество обслуживания (QoS). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  191
 
6.1. Модели QoS  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  191
 
6.2. Приоритизация пакетов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  192
 
6.3. Классификация пакетов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  193
 
6.4. Маркировка пакетов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  194
 
6.5. Управление перегрузкой сети и механизмы обслуживания очередей   195
 
6.6. Механизм предотвращения перегрузок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  197
 
6.7. Контроль полосы пропускания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  199

Технологии коммутации и маршрутизации в локальных компьютерных сетях

7. Функции обеспечения безопасности и ограничения доступа к сети  . . .  204
 
7.1. Общие сведения о методах обеспечения безопасности в компью-
 
 
терных сетях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  204
 
7.2. Списки контроля доступа (ACL)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  205
 
 
7.2.1. Профили доступа и правила ACL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  206
 
 
7.2.2. Примеры настройки ACL  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  210
 
7.3. Функции контроля подключения узлов к портам коммутатора   . . . . .  212
 
 
7.3.1. Функция Port Security  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  212
 
 
7.3.2. Функция IP-MAC-Port Binding  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  215
 
7.4. 802.1Х-аутентификация. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  218
 
 
7.4.1. Роли устройств в стандарте 802.1Х  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  219
 
 
7.4.2. Port-Based 802.1Х . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  221
 
 
7.4.3. MAC-Based 802.1Х. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  222
 
 
7.4.4. Состояние портов коммутатора  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  224
 
7.5. 802.1Х Guest VLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  225
 
7.6. Функции защиты ЦПУ коммутатора  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  232
8. Групповая рассылка  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  236
 
8.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  236
 
8.2. IP-адресация групповой рассылки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  236
 
8.3. МАС-адреса групповой рассылки  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  238
 
8.4. Создание и обслуживание групп  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  239
 
8.5. Управление групповой рассылкой на втором уровне модели OSI 
 
 
(IGMP Snooping). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  239
 
8.6. Функция IGMP Snooping Fast Leave   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  242
9. Функции управления коммутаторами  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  244
 
9.1. Управление множеством коммутаторов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  244
 
 
9.1.1. Объединение коммутаторов в физический стек  . . . . . . . . . . . . .  244
 
 
9.1.2. Виртуальный стек. Технология Single IP Management (SIM)   . .  249
 
9.2. Протокол SNMP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  254
 
 
9.2.1. Компоненты SNMP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  254
 
 
9.2.2. База управляющей информации SNMP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  255
 
 
9.2.3. Типы сообщений протокола SNMP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  256
 
 
9.2.4. Безопасность SNMP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  257
 
 
9.2.5. Пример настройки протокола SNMP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  258
 
9.3. RMON (Remote Monitoring)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  259
 
9.4. Функция Port Mirroring  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  261
10. Обзор коммутаторов D-Link  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  262
 
10.1. Неуправляемые коммутаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  262
 
10.2. Коммутаторы серии Smart. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  264
 
10.3. Управляемые коммутаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  267
Лабораторные работы по курсу «Технологии коммутации современных 
сетей Ethernet. Базовый курс D-Link» (с применением коммутаторов 
DES-3810-28 и DES-3528)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  275
 
Рекомендации по организации лабораторных работ . . . . . . . . . . . . . . . . . .  275
 
Лабораторная работа № 1. Основные команды коммутатора. . . . . . . . . . .  275
 
 
1.1. Вызов помощи по командам. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  277
 
 
1.2. Изменение IP-адреса коммутатора  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  279

Оглавление

 
 
1.3. Настройка даты и времени на коммутаторе  . . . . . . . . . . . . . . . . . .  280
 
 
1.4. Управление учетными записями пользователей  . . . . . . . . . . . . . .  280
 
 
1.5. Управление возможностью доступа к коммутатору через 
 
 
       Web-интерфейс и Telnet  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  281
 
 
1.6. Настройка баннера приветствия  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  282
 
 
1.7. Настройка основных параметров портов коммутатора. . . . . . . . .  283
 
 
1.8. Сохранение конфигурации в энергонезависимой памяти. . . . . . .  284
 
 
1.9. Команды мониторинга сети  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  285
 
 
1.10. Функция Factory Reset (сброс к заводским установкам). . . . . . .  286
 
Лабораторная работа № 2. Обновление программного обеспечения 
 
коммутатора и сохранение/восстановление конфигурационных файлов     286
 
 
2.1. Подготовка к режиму обновления и сохранения программного 
 
 
       обеспечения коммутатора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  287
 
 
2.2. Загрузка файла программного обеспечения в память коммутатора   288
 
 
2.3. Настройка порядка загрузки программного обеспечения 
 
 
       коммутатора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  288
 
 
2.4. Выгрузка и загрузка конфигурации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  289
 
 
2.5. Выгрузка log-файлов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  290
 
Лабораторная работа № 3. Команды управления таблицами коммутации
 
MAC- и IP-адресов, ARP-таблицы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  290
 
 
3.1. Команды управления таблицей коммутации  . . . . . . . . . . . . . . . . .  291
 
 
3.2. Команды управления ARP-таблицей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  291
 
 
3.3. Команды просмотра таблицы коммутации 3-го уровня  . . . . . . . .  292
 
Лабораторная работа № 4. Настройка VLAN на основе стандарта IEEE
 
802.1Q. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  292
 
 
4.1. Настройка VLAN на основе стандарта IEEE 802.1Q. . . . . . . . . . .  294
 
 
4.2. Настройка сегментации трафика внутри VLAN  . . . . . . . . . . . . . .  295
 
 
4.3. Оптимизация настройки коммутаторов с большим количеством
 
 
       VLAN  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  296
 
Лабораторная работа № 5. Настройка протокола GVRP. . . . . . . . . . . . . . .  297
 
Лабораторная работа № 6. Самостоятельная работа по созданию ЛВС 
 
на основе стандарта IEEE 802.1Q  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  300
 
Лабораторная работа № 7. Настройка протоколов связующего дерева
 
STP, RSTP, MSTP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  304
 
 
7.1. Мониторинг и диагностика сети во время широковещательного 
 
 
       шторма, вызванного наличием петли  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  306
 
 
7.2. Настройка протокола RSTP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  308
 
 
7.3. Настройка защиты от несанкционированного подключения 
 
 
       корневых коммутаторов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  310
 
 
7.4. Настройка защиты от получения ложных кадров об изменении 
 
 
       топологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  311
 
 
7.5. Настройка протокола MSTP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  312
 
Лабораторная работа № 8. Настройка функции защиты от образования 
 
петель LoopBack Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  315
 
 
8.1. Настройка функции LoopBack Detection Independent STP 
 
 
       в режиме Port-Based  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  316
 
 
8.2. Настройка функции LoopBack Detection Independent STP
 
 
       в режиме VLAN-Based  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  317

Технологии коммутации и маршрутизации в локальных компьютерных сетях

 
Лабораторная работа № 9. Агрегирование каналов. . . . . . . . . . . . . . . . . . .  319
 
Лабораторная работа № 10. Списки контроля доступа (Access Control 
 
List) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  323
 
 
10.1. Настройка ограничения доступа пользователей к серверу 
 
 
         по IP-адресам. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  324
 
 
10.2. Настройка фильтрации кадров по MAC-адресам  . . . . . . . . . . . .  326
 
Лабораторная работа № 11. Контроль подключения узлов к портам 
 
коммутатора. Функция Port Security  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  328
 
 
11.1. Управление количеством подключаемых к портам коммутатора
 
 
         узлов путем ограничения максимального количества изучаемых
 
 
         МАС-адресов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  329
 
 
11.2. Настройка защиты от подключения к портам, основанной 
 
 
         на статической таблице MAC-адресов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  331
 
Лабораторная работа № 12. Контроль над подключением узлов к портам 
 
коммутатора. Функция IP–MAC–Port Binding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  332
 
 
12.1. Настройка работы функции IP–MAC–Port Binding в режи-
 
 
         ме ARP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  334
 
 
12.2. Настройка работы функции IP–MAC–Port Binding в режи-
 
 
         ме ACL  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  335
 
Лабораторная работа № 13. Настройка QoS. Приоритизация трафика. 
 
Управление полосой пропускания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  336
 
Лабораторная работа № 14. Функции анализа сетевого трафика  . . . . . . .  340
 
Лабораторная работа № 15. Настройка протокола LLDP  . . . . . . . . . . . . . .  342
 
Лабораторная работа № 16. Настройка статической и динамической 
 
маршрутизации  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  345
 
Лабораторная работа № 17. Итоговая самостоятельная работа . . . . . . . . .  353
 
 
17.1. Подготовительная работа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  354
 
 
17.2. Выполнение работы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  355
 
 
17.3. Ожидаемый результат. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  355
 
Лабораторная работа № 18. Настройка асимметричных VLAN. . . . . . . . .  357
 
Лабораторная работа № 19. Настройка сегментации трафика без исполь-
 
зования VLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  358
 
Лабораторная работа № 20. Настройка функции Q-in-Q (Double VLAN)    360
 
Лабораторная работа № 21. Установка и настройка протокола IPv6 
 
на рабочей станции и коммутаторе D-Link. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  363
 
 
21.1. Установка и настройка протокола IPv6 на рабочей станции. . . .  365
 
 
21.2. Настройка автоматической конфигурации (Stateless autoconfi -
 
 
         guration) IPv6-адреса   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  366
 
 
21.3. Подключение к коммутатору через Web-интерфейс с помощью 
 
 
         IPv6-адреса   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  367
 
Лабораторная работа № 22. Разрешение IPv6-адресов с помощью про-
 
токола Neighbor Discovery Protocol (NDP)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  368
 
Лабораторная работа № 23. Списки контроля доступа (Access Control 
 
List) для IPv6  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  370
 
Лабораторная работа № 24. Настройка статической IPv6-маршрутизации    372
Глоссарий  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  374
Список литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  391

Предисловие

Учебное пособие разработано для подготовки специалистов по конфигурированию, 
администрированию и мониторингу компьютерных сетей. В нем 
рассматриваются фундаментальные основы наиболее распространенных сетевых 
технологий, изучение которых является частью учебного плана студентов, 
обучающихся по направлению «Информатика и вычислительная техника». Пособие 
содержит 20 практических занятий на основе оборудования (коммутаторов) 
компании D-Link. Оно является результатом многолетнего сотрудничества 
Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана и 
компании D-Link. В его основу легли материалы занятий, проводимых в учебном 
центре «МГТУ — D-Link», а также ранее изданных учебных пособий и 
методических указаний к лабораторным работам по коммутируемым сетям.
В главе 1 представлена эволюция компьютерных сетей, основные методы 
коммутации и архитектура коммутаторов, главные принципы сетевого дизай-
на, а также функциональные возможности коммутаторов.
Глава 2 посвящена первоначальной настройке коммутаторов и работе с 
Web-интерфейсом управления коммутатором.
В главе 3 рассматриваются виртуальные локальные сети (VLAN), их 
типы, протокол GVRP, Q-in-Q VLAN, VLAN на основе портов и протоколов — 
стандарт IEEE 802.1v, асимметричные VLAN, функция Traffi c Segmentation.
Глава 4 посвящена рассмотрению функции повышения надежности и 
производительности коммутируемых соединений. 
В главе 5 описана адресация сетевого уровня и маршрутизация, в том 
числе протоколы IPv4 и IPv6.
Глава 6 посвящена вопросам качества обслуживания (Quality of Service, 
QoS), в частности, управлению перегрузками и механизмам обслуживания 
очередей, контролю полосы пропускания. Приведен пример настройки QoS.
В главе 7 рассмотрены методы и функции обеспечения безопасности и 
ограничения доступа к сети.
В главе 8 представлена организация и управление многоадресной рассылкой.
Глава 9 посвящена изучению функции управления коммутаторами, а гла-
ва 10 — обзору коммутаторов D-Link.
Издание содержит обширный глоссарий и 24 практических занятий, по-
зволяющих закрепить изученный материал. Каждое практическое занятие 
предваряется кратким теоретическим материалом. Выполнение всех занятий 
учебного пособия позволит получить представление о работе коммутаторов, 
самостоятельно конфигурировать и администрировать коммутируемые сети. 
Издание подготовлено преподавателями МГТУ им. Н.Э. Баумана и Цен-
тра развития сетевых компьютерных технологий «МГТУ — D-Link» совмест-
но со специалистами компании D-Link.

Технологии коммутации и маршрутизации в локальных компьютерных сетях

Обозначения, используемые в книге, 
и синтаксис команд

В тексте используются следующие пиктограммы для обозна-
чения сетевых устройств различных типов:

Для описания ввода команд, ожидаемых значений и аргументов при 
настройке коммутатора через интерфейс командной строки (CLI) исполь-
зуются следующие символы:
<угловые скобки>  
содержат ожидаемую переменную или значе-
ние, которое должно быть указано; 
[квадратные скобки]  содержат требуемое значение или набор требу-
емых аргументов. Может быть указано одно значение или аргумент; 
| вертикальная черта  отделяет два или более взаимно исключающих 
пунктов из списка, один из которых должен быть введен/указан;
{фигурные скобки}  содержат необязательное значение или набор 
необязательных аргументов.

1. Основы коммутации

1. Основы коммутации

1.1. Эволюция локальных сетей

Эволюция локальных сетей неразрывно связана с развитием технологии 
Ethernet, которая по сей день остается самой распространенной технологией 
локальных сетей. Первоначально она рассматривалась как экономичная 
технология, обеспечивающая совместное использование данных, 
дискового пространства и дорогостоящих периферийных устройств. Снижение 
стоимости персональных компьютеров и периферии привело к увеличению 
числа сетевых пользователей. Одновременно изменились архитектура 
приложений (клиент/сервер) и их требования к вычислительным 
ресурсам, а также архитектура вычислений (распределенные вычисления). 
Стал популярным downsizing (разукрупнение) — перенос информационных 
систем и приложений с мэйнфреймов на клиент-серверные архитектуры, 
и, как следствие, сети стали обязательным инструментом в бизнесе, 
обеспечив наиболее эффективную обработку информации. 
В первых сетях Ethernet (10Base-2 и 10Base-5) использовалась физи-
ческая шинная топология, когда каждый компьютер соединялся с другими 
устройствами с помощью единого коаксиального кабеля, используемого 
в качестве среды передачи данных. Сетевая среда была разделяемой (все 
устройства находились в одном домене коллизий (Collision Domain)), и 
устройства, прежде чем начать передавать пакеты данных, должны были 
убедиться, что она свободна. Несмотря на то что такие сети были просты-
ми в установке, они обладали существенными недостатками: ограничены 
по размеру, функциональности и расширяемости, недостаточно надежны, 
а также неспособны справляться со значительным увеличением сетевого 
трафика. Для повышения эффективности работы локальных сетей требо-
вались новые решения.
Следующим шагом стала разработка стандарта 10Base-T с физической 
топологией типа «звезда», в которой каждый узел подключался отдельным 
кабелем к центральному устройству — концентратору (hub), работающе-
му на физическом (первом) уровне модели OSI и повторяющему сигналы, 
поступившие с одного из его портов на все остальные активные порты. 
Использование концентраторов позволило повысить надежность сети, так 
как обрыв одного из кабелей не приводил к сбою в работе сети. Несмотря 
на то что использование концентраторов в сети упростило задачи ее управ-
ления и сопровождения, среда передачи оставалась разделяемой. Помимо 
этого общее количество концентраторов и соединяемых ими сегментов 
сети было ограничено из-за временных задержек и других причин.
Задача сегментации сети, т. е. разделения устройств на группы (сег-
менты) в соответствии с их физическим размещением с целью уменьше-

Технологии коммутации и маршрутизации в локальных компьютерных сетях

Рис. 1.1. Коммутация в локальной сети

ния количества клиентов, соперничающих за полосу пропускания, была 
решена с помощью устройства, называемого мостом (bridge). Мост был 
разработан компанией Digital Equipment Corporation (DEC) в начале 1980-х 
годов и представлял собой устройство канального (второго) уровня модели 
OSI (обычно двухпортовое), предназначенное для объединения сегментов 
сети. В отличие от концентратора мост не просто пересылал пакеты дан-
ных из одного сегмента в другой, а анализировал и передавал их только в 
том случае, если такая передача была действительно необходима, т. е. если 
адрес рабочей станции назначения принадлежал другому сегменту. Таким 
образом, мост изолировал трафик одного сегмента от другого, уменьшая 
домен коллизий и повышая общую производительность сети. 
Однако мосты были эффективны лишь до тех пор, пока количество 
рабочих станций в сегменте оставалось относительно небольшим. Как 
только оно увеличивалось, в сетях возникала перегрузка (переполнение 
приемных буферов сетевых устройств), что приводило к потере пакетов. 
Увеличение количества устройств, объединяемых в сети, повышение 
мощности процессоров рабочих станций, появление мультимедийных при-
ложений и приложений клиент-сервер потребовали большей полосы про-
пускания. В ответ на эти требования фирма Kalpana в 1990 г. выпустила на 
рынок первый коммутатор (switch), получивший название EtherSwitch. 
Коммутатор представлял собой многопортовый мост и функциониро-
вал также на канальном уровне модели OSI (рис. 1.1). Основное отличие 
коммутатора от моста заключалось в том, что он мог одновременно уста-
навливать несколько соединений между разными парами портов. При пере-
даче кадра (frame) через коммутатор в нем создавался отдельный виртуаль-

1. Основы коммутации

Рис. 1.2. Микросегментация трафика

ный (либо реальный, в зависимости от архитектуры) канал, по которому 
данные пересылались «напрямую» от порта-источника к порту-получателю 
с максимально возможной для используемой технологии скоростью. Такой 
принцип работы называется микросегментация. Благодаря микросегмен-
тации (рис. 1.2) коммутаторы получили возможность функционировать в 
режиме полного дуплекса ( full duplex), что позволяло каждой рабочей стан-
ции одновременно передавать и принимать данные, используя всю полосу 
пропускания в обоих направлениях. Рабочей станции не приходится кон-
курировать за полосу пропускания с другими устройствами, в результате 
чего не происходят коллизии и повышается производительность сети. 

В настоящее время коммутаторы являются основным блоком для 
создания локальных сетей. Современные коммутаторы Ethernet — это 
интеллектуальные устройства со специализированными процессорами 
для обработки и перенаправления пакетов на высоких скоростях и реа-
лизации таких функций, как организация резервирования и повышение 
отказо устойчивости сети, агрегирование каналов, создание виртуальных 
локальных сетей, маршрутизация, управление качеством обслуживания, 
обеспечение безопасности и многих других. Также усовершенствовались 
функции управления коммутаторами, благодаря чему системные администраторы 
получили удобные средства настройки сетевых параметров, мониторинга 
и анализа трафика. 
С появлением стандарта IEEE 802.3af-2003 PoE, описывающего технологию 
передачи электропитания по Ethernet (Power over Ethernet, PoE), 
разработчики начали выпускать коммутаторы с поддержкой данной технологии, 
что позволило использовать их в качестве питающих устройств 
для IP-телефонов, интернет-камер, беспроводных точек доступа и другого 
оборудования.

Технологии коммутации и маршрутизации в локальных компьютерных сетях

С ростом популярности технологий беспроводного доступа в корпоративных 
сетях производители оборудования выпустили на рынок унифицированные 
коммутаторы с поддержкой технологии PoE для питания подключаемых 
к их портам точек беспроводного доступа и централизованно-
го управления как проводной, так и беспроводной сетью.
Увеличение потребностей заказчиков и тенденции рынка стимулиру-
ют разработчиков коммутаторов регулярно расширять функциональные 
возможности производимых устройств, позволяющие предоставлять в ло-
кальных сетях новые услуги, повышать скорость передачи данных, надеж-
ность, управляемость и защищенность. 

1.2. Функционирование коммутаторов локальной сети

Коммутаторы локальных сетей обрабатывают кадры на основе алго-
ритма прозрачного моста (transparent bridge), который определен стан-
дартом IEEE 802.1D. Процесс работы алгоритма прозрачного моста на-
чинается с построения таблицы коммутации (Forwarding DataBase, FDB) 
(рис. 1.3). Изначально таблица коммутации пуста. При включении питания 
одновременно с началом передачи данных коммутатор изучает расположе-
ние подключенных к нему сетевых устройств путем анализа МАС-адресов 
источников получаемых кадров. Например, если на порт 1 коммутатора 

Рис. 1.3. Построение таблицы коммутации:
FCS — frame check sequence