L2 VPN, ИЛИ РАСПРЕДЕЛЕННЫЙ ETHERNETВ категорию L2 VPN входит широкий набор сервисов: от эмуляции выделенных каналов точка – точка (E-Line) до организации многоточечных соединений и эмуляции функций коммутатора Ethernet (E-LAN, VPLS). Технологии L2 VPN «прозрачны» для протоколов вышележащих уровней, поэтому позволяют передавать, например, трафик IPv4 или IPv6 независимо от того, какую версию протокола IP использует оператор. Их «низкоуровневость» положительно проявляет себя и в тех случаях, когда необходимо передавать трафик SNA, NetBIOS, SPX/IPX. Однако сейчас, в период всеобщей «айпизации», эти возможности требуются все реже. Пройдет еще какое-то время, и новое поколение сетевых специалистов вообще, наверное, не будет знать, что были времена, когда в сетях «господствовали» ОС NetWare и протоколы SPX/IPX.

Сервисы L2 VPN обычно используются для построения корпоративных сетей в рамках одного города (или города и ближайших окрестностей), поэтому часто это понятие воспринимается почти как синоним термина Metro Ethernet. Для таких сервисов характерны большие скорости каналов при меньшей (по сравнению с L3 VPN) стоимости соединения. Достоинствами L2 VPN являются также поддержка кадров увеличенного размера (jumbo frame), относительная простота и дешевизна оборудования клиента, устанавливаемого на границе с провайдером (L2).

Рост популярности сервисов L2 VPN во многом связан с потребностями отказоустойчивых территориально распределенных ЦОД: для «путешествий» виртуальных машин требуется прямое подключение между узлами на уровне L2. Такие сервисы, по сути, позволяют растянуть домен L2. Это хорошо отлаженные решения, но часто требующие сложной настройки. В частности, при подключении ЦОД к сети сервис-провайдера в нескольких точках - а это крайне желательно для повышения отказоустойчивости - требуется задействовать дополнительные механизмы, чтобы обеспечить оптимальную загрузку соединений и исключить возникновение «петель коммутации».

Существуют и решения, разработанные специально для межсоединения сетей ЦОД на уровне L2, - например, технология Overlay Transport Virtualization (OTV), реализованная в коммутаторах Cisco Nexus. Она функционирует поверх сетей IP, используя все преимущества маршрутизации на уровне L3: хорошую масштабируемость, высокую отказоустойчивость, подключение в нескольких точках, передачу трафика по множеству путей и пр. (подробнее см. статью автора «На магистралях интерЦОД» в ноябрьском номере «Журнала сетевых решений/LAN» за 2010 год).

L2 ИЛИ L3 VPN

Если в случае покупки услуг L2 VPN предприятию придется самому заботиться о маршрутизации трафика между своими узлами, то в системах L3 VPN эту задачу решает сервис-провайдер. Главное предназначение L3 VPN - соединение площадок, находящихся в разных городах, на большом удалении друг от друга. Эти услуги, как правило, характеризуются большей стоимостью подключения (поскольку задействуется маршрутизатор, а не коммутатор), высокой арендной платой и небольшой пропускной способностью (обычно до 2 Мбит/с). Цена может значительно возрастать в зависимости от расстояния между точками подключения.

Важным достоинством L3 VPN является поддержка функций QoS и инжиниринга трафика, что позволяет гарантировать требуемый уровень качества для сервисов IP-телефонии и видео-конференц-связи. Их недостаток - непрозрачность для услуг Ethernet, отсутствие поддержки кадров Ethernet увеличенного размера, а также более высокая стоимость по сравнению с сервисами Metro Ethernet.

Заметим, что технология MPLS может применяться для организации и L2, и L3 VPN. Уровень услуги VPN определяется не уровнем используемой для нее технологии (MPLS вообще сложно отнести к какому-то определенному уровню модели OSI, скорее это технология L2,5), а «потребительскими свойствами»: если сеть оператора маршрутизирует клиентский трафик, значит, это L3, если эмулирует соединения канального уровня (или функции коммутатора Ethernet) - L2. При этом для формирования L2 VPN могут применяться и другие технологии, например 802.1ad Provider Bridging или 802.1ah Provider Backbone Bridges.

Решения 802.1ad Provider Bridging, известные также под множеством других названий (vMAN, Q-in-Q, Tag Stacking, VLAN Stacking), позволяют добавлять в кадр Ethernet второй тег 802.1Q VLAN. Сервис-провайдер может игнорировать внутренние теги VLAN, установленные оборудованием клиента, - для пересылки трафика достаточно внешних тегов. Эта технология снимает ограничение в 4096 идентификаторов VLAN, имеющее место в классической технологии Ethernet, что существенно повышает масштабируемость сервисов. Решения 802.1ah Provider Backbone Bridges (PBB) предусматривают добавление в кадр второго МАС-адреса, при этом МАС-адреса конечного оборудования оказываются скрыты от магистральных коммутаторов. PBB предоставляет до 16 млн идентификаторов сервисов.

RAW Paste Data

L2 VPN, ИЛИ РАСПРЕДЕЛЕННЫЙ ETHERNETВ категорию L2 VPN входит широкий набор сервисов: от эмуляции выделенных каналов точка - точка (E-Line) до организации многоточечных соединений и эмуляции функций коммутатора Ethernet (E-LAN, VPLS). Технологии L2 VPN «прозрачны» для протоколов вышележащих уровней, поэтому позволяют передавать, например, трафик IPv4 или IPv6 независимо от того, какую версию протокола IP использует оператор. Их «низкоуровневость» положительно проявляет себя и в тех случаях, когда необходимо передавать трафик SNA, NetBIOS, SPX/IPX. Однако сейчас, в период всеобщей «айпизации», эти возможности требуются все реже. Пройдет еще какое-то время, и новое поколение сетевых специалистов вообще, наверное, не будет знать, что были времена, когда в сетях «господствовали» ОС NetWare и протоколы SPX/IPX. Сервисы L2 VPN обычно используются для построения корпоративных сетей в рамках одного города (или города и ближайших окрестностей), поэтому часто это понятие воспринимается почти как синоним термина Metro Ethernet. Для таких сервисов характерны большие скорости каналов при меньшей (по сравнению с L3 VPN) стоимости соединения. Достоинствами L2 VPN являются также поддержка кадров увеличенного размера (jumbo frame), относительная простота и дешевизна оборудования клиента, устанавливаемого на границе с провайдером (L2). Рост популярности сервисов L2 VPN во многом связан с потребностями отказоустойчивых территориально распределенных ЦОД: для «путешествий» виртуальных машин требуется прямое подключение между узлами на уровне L2. Такие сервисы, по сути, позволяют растянуть домен L2. Это хорошо отлаженные решения, но часто требующие сложной настройки. В частности, при подключении ЦОД к сети сервис-провайдера в нескольких точках — а это крайне желательно для повышения отказоустойчивости — требуется задействовать дополнительные механизмы, чтобы обеспечить оптимальную загрузку соединений и исключить возникновение «петель коммутации». Существуют и решения, разработанные специально для межсоединения сетей ЦОД на уровне L2, — например, технология Overlay Transport Virtualization (OTV), реализованная в коммутаторах Cisco Nexus. Она функционирует поверх сетей IP, используя все преимущества маршрутизации на уровне L3: хорошую масштабируемость, высокую отказоустойчивость, подключение в нескольких точках, передачу трафика по множеству путей и пр. (подробнее см. статью автора «На магистралях интерЦОД» в ноябрьском номере «Журнала сетевых решений/LAN» за 2010 год). L2 ИЛИ L3 VPN Если в случае покупки услуг L2 VPN предприятию придется самому заботиться о маршрутизации трафика между своими узлами, то в системах L3 VPN эту задачу решает сервис-провайдер. Главное предназначение L3 VPN — соединение площадок, находящихся в разных городах, на большом удалении друг от друга. Эти услуги, как правило, характеризуются большей стоимостью подключения (поскольку задействуется маршрутизатор, а не коммутатор), высокой арендной платой и небольшой пропускной способностью (обычно до 2 Мбит/с). Цена может значительно возрастать в зависимости от расстояния между точками подключения. Важным достоинством L3 VPN является поддержка функций QoS и инжиниринга трафика, что позволяет гарантировать требуемый уровень качества для сервисов IP-телефонии и видео-конференц-связи. Их недостаток — непрозрачность для услуг Ethernet, отсутствие поддержки кадров Ethernet увеличенного размера, а также более высокая стоимость по сравнению с сервисами Metro Ethernet. Заметим, что технология MPLS может применяться для организации и L2, и L3 VPN. Уровень услуги VPN определяется не уровнем используемой для нее технологии (MPLS вообще сложно отнести к какому-то определенному уровню модели OSI, скорее это технология L2,5), а «потребительскими свойствами»: если сеть оператора маршрутизирует клиентский трафик, значит, это L3, если эмулирует соединения канального уровня (или функции коммутатора Ethernet) — L2. При этом для формирования L2 VPN могут применяться и другие технологии, например 802.1ad Provider Bridging или 802.1ah Provider Backbone Bridges. Решения 802.1ad Provider Bridging, известные также под множеством других названий (vMAN, Q-in-Q, Tag Stacking, VLAN Stacking), позволяют добавлять в кадр Ethernet второй тег 802.1Q VLAN. Сервис-провайдер может игнорировать внутренние теги VLAN, установленные оборудованием клиента, — для пересылки трафика достаточно внешних тегов. Эта технология снимает ограничение в 4096 идентификаторов VLAN, имеющее место в классической технологии Ethernet, что существенно повышает масштабируемость сервисов. Решения 802.1ah Provider Backbone Bridges (PBB) предусматривают добавление в кадр второго МАС-адреса, при этом МАС-адреса конечного оборудования оказываются скрыты от магистральных коммутаторов. PBB предоставляет до 16 млн идентификаторов сервисов.

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.

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.

IP-план

IP-адрес	Примечание	VLAN
172.16.0.0/16
172.16.0.0/24	Серверная ферма	3
172.16.0.1	Шлюз
172.16.0.2	Web
172.16.0.3	File
172.16.0.4	Mail
172.16.0.5 — 172.16.0.254	Зарезервировано
172.16.1.0/24	Управление	2
172.16.1.1	Шлюз
172.16.1.2	msk-arbat-dsw1
172.16.1.3	msk-arbat-asw1
172.16.1.4	msk-arbat-asw2
172.16.1.5	msk-arbat-asw3
172.16.1.6	msk-rubl-aswl
172.16.1.6 — 172.16.1.254	Зарезервировано
172.16.2.0/24	Сеть Point-to-Point
172.16.2.1	Шлюз
172.16.2.2 — 172.16.2.254	Зарезервировано
172.16.3.0/24	ПТО	101
172.16.3.1	Шлюз
172.16.3.2 — 172.16.3.254	Пул для пользователей
172.16.4.0/24	ФЭО	102
172.16.4.1	Шлюз
172.16.4.2 — 172.16.4.254	Пул для пользователей
172.16.5.0/24	Бухгалтерия	103
172.16.5.1	Шлюз
172.16.5.2 — 172.16.5.254	Пул для пользователей
172.16.6.0/24	Другие пользователи	104
172.16.6.1	Шлюз
172.16.6.2 — 172.16.6.254	Пул для пользователей

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.

Имя устройства	Порт	Название	VLAN
			Access	Trunk
msk-arbat-gw1	FE0/1	UpLink
	FE0/0	msk-arbat-dsw1		2,3,101,102,103,104
msk-arbat-dsw1	FE0/24	msk-arbat-gw1		2,3,101,102,103,104
	GE1/1	msk-arbat-asw1		2,3
	GE1/2	msk-arbat-asw3		2,101,102,103,104
	FE0/1	msk-rubl-asw1		2,101,104
msk-arbat-asw1	GE1/1	msk-arbat-dsw1		2,3
	GE1/2	msk-arbat-asw2		2,3
	FE0/1	Web-server	3
	FE0/2	File-server	3
msk-arbat-asw2	GE1/1	msk-arbat-asw1		2,3
	FE0/1	Mail-Server	3
msk-arbat-asw3	GE1/1	msk-arbat-dsw1		2,101,102,103,104
	FE0/1-FE0/5	PTO	101
	FE0/6-FE0/10	FEO	102
	FE0/11-FE0/15	Accounting	103
	FE0/16-FE0/24	Other	104
msk-rubl-asw1	FE0/24	msk-arbat-dsw1		2,101,104
	FE0/1-FE0/15	PTO	101
	FE0/20	administrator	104

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

Cisco

Купить коммутатор L2

Коммутаторы - важнейшая составляющая современных сетей связи. В этом разделе каталога представлены как управляемые коммутаторы 2 уровня, Gigabit Ethernet, так и неуправляемые коммутаторы Fast Ethernet . В зависимости от решаемых задач подбирают коммутаторы уровня доступа (2 уровня), агрегации и ядра, либо коммутаторы с множеством портов и высокопроизводительной шиной.

Принцип действия устройств состоит в том, чтобы хранить данные о соответствии их портов IP- или MAC-адресу подключенного к коммутатору девайса.

Схема организации сети

Для достижения высоких скоростей широко применяется технология передачи информации с помощью коммутатора Gigabit Ethernet (GE) и 10 Gigabit Ethernet (10GE). Передача информация на больших скоростях, особенно в сетях крупного масштаба, подразумевает выбор такой топологии сети, которая позволяет гибко осуществлять распределение высокоскоростных потоков.

Многоуровневый подход к созданию сети, используя управляемые коммутаторы 2 уровня, оптимально решает подобные задачи, так как подразумевает создание архитектуры сети в виде иерархических уровней и позволяет:

• масштабировать сеть на каждом уровне, не затрагивая всю сеть;
• добавлять различные уровни;
• расширять функциональные возможности сети по мере необходимости;
• минимизировать ресурсные затраты для поиска и устранения неисправностей;
• оперативно решать проблемы с перегрузкой сети.

Основными приложениями сети на базе предлагаемого оборудования являются услуги Triple Play (IPTV, VoIP, Data), VPN, реализуемые через универсальный транспорт трафика различного вида - IP сеть.

Управляемые коммутаторы 2 уровня технологии Gigabit Ethernet позволяют создавать архитектуру сети, состоящую из трех уровней иерархии:

1. Уровень ядра (Core Layer) . Образуется коммутаторами уровня ядра. Связь между устройствами осуществляется по оптоволоконному кабелю по схеме «кольцо с резервированием». Коммутаторы уровня ядра поддерживают высокую пропускную способность сети и позволяют организовать передачу потока со скоростью 10Gigabit между крупными узлами населенных пунктов, например, между городскими районами. Переход на следующий уровень иерархии - уровень распределения, осуществляется по оптическому каналу на скорости 10Gigabit через оптические порты XFP. Особенностью данных устройств являются широкая полоса пропускания и обработка пакетов от уровня L2 до L4.
2. Уровень распределения (Distribution Layer) . Образуется пограничными коммутаторами. Связь осуществляется по оптоволоконному кабелю по схеме «кольцо с резервированием». Данный уровень позволяет организовать передачу потока со скоростью 10Gigabit между пунктами скопления пользователей, например, между жилыми массивами или группой зданий. Подключение коммутаторов уровня распределения к нижестоящему уровню - уровню доступа осуществляется по оптическим каналам 1Gigabit Ethernet через оптические порты SFP. Особенности данных устройств: широкая полоса пропускания и обработка пакетов от уровня L2 до уровня L4, а так же поддержка протокола EISA, позволяющая в течении 10мсек восстанавливать связь при разрыве оптического кольца.
3. Уровень доступа (Access Layer) . Его образуют управляемые коммутаторы 2 уровня. Связь осуществляется по оптоволоконному кабелю на скоростях 1Gigabit. Коммутаторы уровня доступа можно разбить на две группы: только с электрическим интерфейсом и имеющие еще оптические порты SFP для создания кольца на своем уровне и подключения к уровню распределения.

С доброй улыбкой теперь вспоминается, как человечество с тревогой ожидало в 2000 году конца света. Тогда этого не случилось, но зато произошло совсем другое событие и тоже очень значимое.

Исторически, в то время мир вошел в настоящую компьютерную революцию v. 3.0. - старт облачных технологий распределенного хранения и обработки данных . Причем, если предыдущей «второй революцией» был массовый переход к технологиям «клиент-сервер» в 80-х годах, то первой можно считать начало одновременной работы пользователей с использованием отдельных терминалов, подключенных к т.н. «мейнфреймам» (в 60-х прошлого столетия). Эти революционные перемены произошли мирно и незаметно для пользователей, но затронули весь мир бизнеса вместе с информационными технологиями.

При переносе IT-инфраструктуры на и удаленные ЦОД (центры обработки данных) ключевым вопросом сразу же становится организация надежных каналов связи от клиента . В Сети нередко встречаются предложения провайдеров: «физическая выделенная линия, оптоволокно», «канал L2», «VPN» и так далее… Попробуем разобраться, что за этим стоит на практике.

Каналы связи - физические и виртуальные

1. Организацией «физической линии» или «канала второго уровня, L2» принято называть услугу предоставления провайдером выделенного кабеля (медного или оптоволоконного), либо радиоканала между офисами и теми площадками, где развернуто оборудование дата-центров. Заказывая эту услугу, на практике скорее всего вы получите в аренду выделенный оптоволоконный канал. Это решение привлекательно тем, что за надежную связь отвечает провайдер (а в случае повреждения кабеля самостоятельно восстанавливает работоспособность канала). Однако, в реальной жизни кабель на всем протяжении не бывает цельным - он состоит из множества соединенных (сваренных) между собой фрагментов, что несколько снижает его надежность. На пути прокладки оптоволоконного кабеля провайдеру приходится применять усилители, разветвители, а на оконечных точках - модемы.

В маркетинговых материалах к уровню L2 (Data-Link) сетевой модели OSI или TCP/IP это решение относят условно - оно позволяет работать как бы на уровне коммутации фреймов Ethernet в LAN, не заботясь о многих проблемах маршрутизации пакетов на следующем, сетевом уровне IP. Есть, например, возможность продолжать использовать в клиентских виртуальных сетях свои, так называемые «частные», IP-адреса вместо зарегистрированных уникальных публичных адресов. Поскольку использовать частные IP-адреса в локальных сетях очень удобно, пользователям были выделены специальные диапазоны из основных классов адресации:

• 10.0.0.0 - 10.255.255.255 в классе A (с маской 255.0.0.0 или /8 в альтернативном формате записи маски);
• 100.64.0.0 - 100.127.255.255 в классе A (с маской 255.192.0.0 или /10);
• 172.16.0.0 - 172.31.255.255 в классе B (с маской 255.240.0.0 или /12);
• 192.168.0.0 - 192.168.255.255 в классе C (с маской 255.255.0.0 или /16).

Такие адреса выбираются пользователями самостоятельно для «внутреннего использования» и могут повторяться одновременно в тысячах клиентских сетей, поэтому пакеты данных с частными адресами в заголовке не маршрутизируются в Интернете - чтобы избежать путаницы. Для выхода в Интернет приходится применять NAT (или другое решение) на стороне клиента.

Примечание: NAT - Network Address Translation (механизм замены сетевых адресов транзитных пакетов в сетях TCP/IP, применяется для маршрутизации пакетов из локальной сети клиента в другие сети/Интернет и в обратном направлении - вовнутрь LAN клиента, к адресату).

У этого подхода (а мы говорим о выделенном канале) есть и очевидный недостаток - в случае переезда офиса клиента, могут быть серьезные сложности с подключением на новом месте и возможна потребность в смене провайдера.

Утверждение, что такой канал значительно безопаснее, лучше защищен от атак злоумышленников и ошибок низкоквалифицированного технического персонала при близком рассмотрении оказывается мифом. На практике проблемы безопасности чаще возникают (или создаются хакером умышленно) прямо на стороне клиента, при участии человеческого фактора.

2. Виртуальные каналы и построенные на них частные сети VPN (Virtual Private Network) распространены широко и позволяют решить большинство задач клиента.

Предоставление провайдером «L2 VPN» предполагает выбор из нескольких возможных услуг «второго уровня», L2:

VLAN - клиент получает виртуальную сеть между своими офисами, филиалами (в действительности, трафик клиента идет через активное оборудование провайдера, что ограничивает скорость);

Соединение «точка-точка» PWE3 (другими словами, «эмуляция сквозного псевдопровода» в сетях с коммутацией пакетов) позволяет передавать фреймы Ethernet между двумя узлами так, как если бы они были соединены кабелем напрямую. Для клиента в такой технологии существенно, что все переданные фреймы доставляются до удалённой точки без изменений. То же самое происходит и в обратном направлении. Это возможно благодаря тому, что фрейм клиента приходя на маршрутизатор провайдера далее инкапсулируется (добавляется) в блок данных вышестоящего уровня (пакет MPLS), а в конечной точке извлекается;

Примечание: PWE3 - Pseudo-Wire Emulation Edge to Edge (механизм, при котором с точки зрения пользователя, он получает выделенное соединение).

MPLS - MultiProtocol Label Switching (технология передачи данных, при которой пакетам присваиваются транспортные/сервисные метки и путь передачи пакетов данных в сетях определяется только на основании значения меток, независимо от среды передачи, используя любой протокол. Во время маршрутизации новые метки могут добавляться (при необходимости) либо удаляться, когда их функция завершилась. Содержимое пакетов при этом не анализируется и не изменяется).

VPLS - технология симуляции локальной сети с многоточечными соединениями. В этом случае сеть провайдера выглядит со стороны клиента подобной одному коммутатору, хранящему таблицу MAC-адресов сетевых устройств. Такой виртуальный «коммутатор» распределяет фрейм Ethernet пришедший из сети клиента, по назначению - для этого фрейм инкапсулируется в пакет MPLS, а после извлекается.

Примечание: VPLS - Virtual Private LAN Service (механизм, при котором с точки зрения пользователя, его разнесенные географически сети соединены виртуальными L2 соединениями).

MAC - Media Access Control (способ управления доступом к среде - уникальный 6-байтовый адрес-идентификатор сетевого устройства (или его интерфейсов) в сетях Ethernet).

3. В случае развертывания «L3 VPN» сеть провайдера в глазах клиента выглядит подобно одному маршрутизатору с несколькими интерфейсами. Поэтому, стык локальной сети клиента с сетью провайдера происходит на уровне L3 сетевой модели OSI или TCP/IP.

Публичные IP-адреса для точек стыка сетей могут определяться по согласованию с провайдером (принадлежать клиенту либо быть полученными от провайдера). IP-адреса настраиваются клиентом на своих маршрутизаторах с обеих сторон (частные - со стороны своей локальной сети, публичные - со стороны провайдера), дальнейшую маршрутизацию пакетов данных обеспечивает провайдер. Технически, для реализации такого решения используется MPLS (см. выше), а также технологии GRE и IPSec.

Примечание: GRE - Generic Routing Encapsulation (протокол тунеллирования, упаковки сетевых пакетов, который позволяет установить защищенное логическое соединение между двумя конечными точками - с помощью инкапсуляции протоколов на сетевом уровне L3).

IPSec - IP Security (набор протоколов защиты данных, которые передаются с помощью IP. Используется подтверждение подлинности, шифрование и проверка целостности пакетов).

Важно понимать, что современная сетевая инфраструктура построена так, что клиент видит только ту ее часть, которая определена договором. Выделенные ресурсы (виртуальные серверы, маршрутизаторы, хранилища оперативных данных и резервного копирования), а также работающие программы и содержимое памяти полностью изолированы от других пользователей. Несколько физических серверов могут согласованно и одновременно работать для одного клиента, с точки зрения которого они будут выглядеть одним мощным серверным пулом. И наоборот, на одном физическом сервере могут быть одновременно созданы множество виртуальных машин (каждая будет выглядеть для пользователя подобно отдельному компьютеру с операционной системой). Кроме стандартных, предлагаются индивидуальные решения, которые также соответствует принятым требованиям относительно безопасности обработки и хранения данных клиента.

При этом, конфигурация развернутой в облаке сети «уровня L3» позволяет масштабирование до практически неограниченных размеров (по такому принципу построен Интернет и крупные дата-центры). Протоколы динамической маршрутизации, например OSPF, и другие в облачных сетях L3, позволяют выбрать кратчайшие пути маршрутизации пакетов данных, отправлять пакеты одновременно несколькими путями для наилучшей загрузки и расширения пропускной способности каналов.

В то же время, есть возможность развернуть виртуальную сеть и на «уровне L2», что типично для небольших дата-центров и устаревших (либо узко-специфических) приложений клиента. В некоторых таких случаях, применяют даже технологию «L2 over L3», чтобы обеспечить совместимость сетей и работоспособность приложений.

Подведем итоги

На сегодняшний день задачи пользователя/клиента в большинстве случаев могут быть эффективно решены путём организации виртуальных частных сетей VPN c использованием технологий GRE и IPSec для безопасности.

Нет особого смысла противопоставлять L2 и L3, равно как нет смысла считать предложение канала L2 лучшим решением для построения надёжной коммуникации в своей сети, панацеей. Современные каналы связи и оборудование провайдеров позволяют пропускать громадное количество информации, а многие выделенные каналы, арендуемые пользователями, на самом деле - даже недогружены. Разумно использовать L2 только в особенных случаях, когда этого требует специфика задачи, учитывать ограничения возможности будущего расширения такой сети и проконсультироваться со специалистом. С другой стороны, виртуальные сети L3 VPN, при прочих равных условиях, более универсальны и просты в эксплуатации.

В этом обзоре кратко перечислены современные типовые решения, которые используют при переносе локальной IT-инфраструктуры в удаленные центры обработки данных. Каждое из них имеет своего потребителя, достоинства и недостатки, правильность выбора решения зависит от конкретной задачи.

В реальной жизни, оба уровня сетевой модели L2 и L3 работают вместе, каждый отвечает за свою задачу и противопоставляя их в рекламе, провайдеры откровенно лукавят.