Коммутаторы Cisco Catalyst для коммутаторов Campus Networks и Nexus для центров обработки данных

Прежде всего мы говорили о коммутаторах Cisco. Нелегко выбрать самые точные коммутаторы Cisco для всех сетей, таких как сложные сети кампусов и центр обработки данных. Вы знаете, что коммутаторы являются основным компонентом межсоединения в сети кампуса. Cisco очень известна тем, что предлагает множество коммутаторов, специально разработанных для различных функций. Да, Cisco разработала различные коммутаторы Catalyst для сетей кампуса и коммутаторы Nexus для центров обработки данных. Теперь в этой статье мы в основном обсудим коммутаторы Cisco Catalyst.

Во-первых, давайте посмотрим на текущие рекомендуемые коммутаторы Catalyst.

Два типа коммутаторов Cisco: фиксированная конфигурация и модульные коммутаторы.

При использовании фиксированных переключателей конфигурации вы не можете поменять или добавить другой модуль, как вы можете, с модульным коммутатором. На уровнях доступа к корпоративному компьютеру вы найдете фиксированные коммутаторы конфигурации, такие как Cisco Catalyst, серия 2960-X. Он предлагает широкий спектр развертываний.

На уровне распределения предприятия вы найдете либо фиксированные, либо модульные коммутаторы в зависимости от требований сети кампуса. Примером модульного коммутатора, который можно найти на уровне распространения, является серия Cisco Catalyst 3850-X. Эта серия коммутаторов позволяет вам выбирать различные сетевые модули (Ethernet или волоконно-оптические) и резервные модули питания. В малых предприятиях без уровня распространения Cisco 3850-X можно найти в основном слое. В крупных корпоративных сетях вы можете найти 3850-X на уровне доступа в случаях, когда требования высокой избыточности и полного уровня 3 на уровне доступа являются требованиями.

На корпоративном уровне вы часто найдете модульные коммутаторы, такие как Cisco Catalyst 6500 или Catalyst 6800. С коммутатором 6800 почти каждый компонент, включая модуль обработки маршрута / супервизора и модели Ethernet для источников питания, индивидуально устанавливается в шасси. Эта индивидуальность позволяет при необходимости настраивать параметры и параметры высокой доступности.

Если у вас есть сеть, в которой много трафика, у вас есть возможность использовать коммутаторы Cisco Catalyst 4500-X в слое распределения. Catalyst 4500-X поддерживает резервирование диспетчера / маршрута и поддерживает 10 Gigabit Ethernet.

Все коммутаторы серии 2960-X , 3850-X , 4500-X и 6800-X управляются. Это означает, что вы можете настроить IP-адрес устройства. Имея управляющий IP-адрес, вы можете подключиться к устройству с помощью Secure Shell (SSH) или Telnet и изменить настройки устройства. Неуправляемый коммутатор подходит только для домашней или очень небольшой бизнес-среды. Настоятельно рекомендуется не использовать неуправляемый коммутатор в любой сети кампуса.

Уровни 2 и многоуровневые коммутаторы

Коммутатор уровня 2 работает на уровне канала передачи данных модели OSI. Эти типы коммутаторов принимают решения о пересылке кадров на основе MAC-адресов назначения, найденных внутри фрейма.

Вызов базовой сети: домен столкновения коммутатора является только портом для порта, потому что каждый порт коммутатора и связанное с ним конечное устройство являются его собственным доменом конфликтов. Поскольку на носителях нет конкуренции, все хосты могут работать в полнодуплексном режиме, что означает, что они могут принимать и передавать данные одновременно. Концепция полудуплекса является устаревшей и применяется только к концентраторам и более старым коммутаторам 10/100-Мбит / с, поскольку по умолчанию 1 Гбит / с работает при полном дуплексе.

Когда коммутатор принимает в режиме store-n-forward, кадр проверяется на наличие ошибок, а кадры с действительной циклической проверкой избыточности (CRC) регенерируются и передаются. Некоторые модели коммутаторов, в основном переключатели Nexus, позволяют переключаться между кадрами, основанными только на чтении информации уровня 2 и обходе проверки CRC. Этот байпас, называемый сквозным переключением, снижает задержку передачи кадра, поскольку весь кадр не сохраняется до передачи на другой порт. Более низкая латентность переключения выгодна для приложений с малой задержкой, таких как программы торговли алгоритмами, найденные в центре обработки данных. Предполагается, что плата сетевого интерфейса конечного устройства (NIC) или протокол верхнего уровня в конечном итоге отбросят плохой кадр. Большинство коммутаторов Catalyst являются store-n-forward.

Переадресация MAC-адресов

Чтобы выяснить, куда должен быть отправлен фрейм, коммутатор будет искать свою таблицу MAC-адресов. Эта информация может быть передана коммутатору, или она может узнать ее автоматически. Коммутатор прослушивает входящие кадры и проверяет исходные MAC-адреса. Если адрес уже не указан в таблице, тогда MAC-адрес, порт коммутатора и VLAN будут записаны в таблице переадресации. Стол пересылки также называется таблицей CAM .

Что произойдет, если MAC-адрес назначения кадра неизвестен коммутатору? Затем коммутатор пересылает кадр через все порты в VLAN, за исключением порта, в который был принят фрейм. Это известно как неизвестное однонаправленное наводнение . Широковещательный и многоадресный трафик предназначен для нескольких пунктов назначения, поэтому по умолчанию он будет заполнен.

Обращаясь к следующему информационному графику, в первом примере коммутатор принимает кадр на порт 1. MAC-адрес назначения для кадра составляет 0000.0000.5555. Коммутатор будет искать свою таблицу переадресации и выяснить, что MAC-адрес 0000.0000.5555 записывается на порт 5. Затем коммутатор пересылает кадр через порт 5.

Операция переключения уровня 2: перенаправление MAC-адресов

Во втором примере коммутатор принимает широковещательный кадр на порт 1. Коммутатор пересылает кадр через все порты, находящиеся в одной и той же VLAN, кроме порта 1. Кадр был принят на порт 1, который находится в VLAN 1; поэтому кадр пересылается через все порты коммутатора, принадлежащие VLAN 1 (все порты, кроме порта 3).

В следующем подразделе обсуждается работа переключателя уровня 2 с точки зрения механики.

Операция переключателя уровня 2

Когда коммутатор получает кадр, он помещает кадр в очередь входа. Порт может иметь несколько входных очередей, и обычно эти очереди используются для обслуживания кадров по-разному (например, применяют качество обслуживания [QoS]). С упрощенной точки зрения, когда коммутатор выбирает кадр из очереди для передачи, коммутаторы должны отвечать на несколько вопросов:

• Где следует переместить фрейм?
• Существуют ли ограничения, препятствующие пересылке кадра?
• Существует ли какая-либо приоритизация или маркировка, которые необходимо применить к кадру?

Решения по этим трем вопросам отвечают, соответственно, как проиллюстрировано и описано в следующем списке.

Переключатель уровня 2: Механика

• Таблица пересылки уровня 2: таблица пересылки уровня 2, также называемая таблицей MAC , содержит информацию о том, куда пересылать фрейм. В частности, он содержит MAC-адреса и конечные порты. Переключатели ссылаются на MAC-адрес назначения входящего кадра в таблице MAC и пересылают кадры в целевые порты, указанные в таблице. Если MAC-адрес не найден, кадр заливается через все порты в той же VLAN.
• ACL: списки управления доступом (ACL) применяются не только к маршрутизаторам. Коммутаторы также могут применять ACL на основе MAC и IP-адресов. Как правило, только коммутаторы верхнего уровня поддерживают ACL на основе MAC и IP-адресов, тогда как коммутаторы уровня 2 поддерживают ACL только с MAC-адресами.
• QoS: входящие кадры могут быть классифицированы в соответствии с параметрами QoS. Затем трафик может быть отмечен, распределен по приоритетам или ограниченным по скорости.

Коммутаторы используют специализированное оборудование для размещения таблицы MAC, ACL-данных поиска и данных QoS-поиска. Для таблицы MAC коммутаторы используют контент-адресуемую память (CAM), тогда как таблицы ACL и QoS размещаются в трехмерной адресной памяти (TCAM). Оба CAM и TCAM имеют чрезвычайно быстрый доступ и позволяют работать с коммутацией каналов. CAM поддерживает только два результата: 0 или 1. Поэтому CAM полезен для таблиц пересылки уровня 2.

TCAM предоставляет три результата: 0, 1, и все равно. TCAM наиболее полезен для построения таблиц для поиска в самых длинных совпадениях, таких как таблицы IP-маршрутизации, организованные префиксами IP. В таблице TCAM хранятся ACL, QoS и другая информация, обычно связанная с обработкой верхнего уровня. В результате использования TCAM применение ACL не влияет на производительность коммутатора.

Операция переключателя уровня 3 (многослойный)

Многоуровневые коммутаторы не только выполняют коммутацию уровня 2, но и пересылают кадры на основе информации уровня 3 и 4. Многоуровневые коммутаторы не только объединяют функции коммутатора и маршрутизатора, но также добавляют компонент потока потока.

Многоуровневые коммутаторы применяют то же поведение, что и коммутаторы уровня 2, но добавляют дополнительный параллельный поиск того, как маршрутизировать пакет.

Работа многоуровневого коммутатора

Связанная таблица для поиска уровня 3 называется таблицей FIB . В таблице FIB содержатся не только исходящие порты и информация VLAN, но также и информация перезаписи MAC. Параллельный поиск ACL и QoS происходит так же, как и коммутаторы уровня 2, за исключением того, что может быть дополнительная поддержка для ACL уровня 3 и приоритетности QoS.

Например, коммутатор уровня 2 может применяться только к каскадам, ограничивающим скорость, на основе MAC-адресов источника или назначения, тогда как многоуровневый коммутатор обычно поддерживает рамки ограничения скорости по IP-адресам / MAC-адресам.

К сожалению, разные модели коммутаторов Cisco поддерживают разные возможности, а некоторые коммутаторы уровня 2 фактически поддерживают ACL-уровни 3 и QoS-запросы. Лучше всего проконсультироваться с документацией по продукту на Cisco.com для получения четкой информации о том, что поддерживает ваш коммутатор. Для коммутатора CCNP и контекста этой книги коммутаторы уровня 2 поддерживают ACL и QoS на основе MAC-адресов, тогда как коммутаторы уровня 3 поддерживают ACL и QoS на основе IP или MAC-адресов.

Полезные команды для просмотра и редактирования Catalyst Switch MAC Address Tables

Существует одна команда для просмотра таблицы пересылки уровня 2 в коммутаторах Catalyst и Nexus: показать адресную таблицу mac . В таблице есть много необязательных параметров, чтобы сузить вывод до более управляемого результата в больших сетях. Полными параметрами команды являются: show mac-address-table [age-time | счет | динамический | static ] [ адрес hw-addr ] [ interface interface-id ] [ vlan vlan-id ] [ | {begin | исключить | include} expression ].

Пример использования команды и несколько полезных дополнительных опций

Таблица пересылки уровня 2

Перемотать кадр

Из ваших исследований CCNA вы знаете, что многие поля пакета должны быть перезаписаны, когда пакеты маршрутизируются между подсетями. Эти поля включают как MAC-адреса источника, так и назначения, контрольную сумму IP-заголовка, TTL (время жизни) и контрольную сумму трейлера (Ethernet CRC). См. Главу 1, «Обзор основ», например.

Переадресация распределенного оборудования

Сетевые устройства содержат не менее трех плоскостей работы:

• Плоскость управления
• Плоскость управления
• Экспедиционная плоскость

Платформа управления отвечает за управление сетью, такую ​​как SSH-доступ и SNMP, и может работать через порт вне диапазона (OOB). Контрольная плоскость отвечает за протоколы и решения о маршрутизации, а плоскость пересылки отвечает за фактическую маршрутизацию (или переключение) большинства пакетов.

Многоуровневые коммутаторы должны обеспечивать высокую производительность при линейной скорости через большое количество портов. Для этого многоуровневые коммутаторы развертывают независимые самолеты управления и пересылки. Таким образом, плоскость управления запрограммирует плоскость пересылки на маршрутизацию пакетов. Многоуровневые коммутаторы могут также использовать несколько плоскостей пересылки. Например, Catalyst 6800 использует плоскости пересылки на каждом линейном модуле с центральной плоскостью управления на модуле супервизора.

Чтобы продолжить пример Catalyst 6800, каждый линейный модуль включает в себя микрокодированный процессор, который обрабатывает всю пересылку пакетов. Для того, чтобы плоскость управления супервизора взаимодействовала с линейным модулем, существует протокол связи уровня управления.

Переадресация распределенного оборудования

Основные функции этого протокола уровня управления между плоскостью управления и плоскостью пересылки следующие:

• Управление внутренними данными и схемами управления для функций пересылки и управления пакетами
• Извлечение другой информации управления маршрутизации и связанной с пересылкой пакетов из протоколов моста и маршрутизации уровня 2 и уровня 3 и данных конфигурации, а затем передачи информации в интерфейсный модуль для управления каналом данных
• Сбор информации о пути данных, такой как статистика трафика, от интерфейсного модуля до маршрутного процессора
• Обработка определенных пакетов данных, которые отправляются с интерфейсных модулей Ethernet на процессор маршрутизации (например, запросы DCHP, широковещательные пакеты, пакеты протокола маршрутизации)