Новости 

Сетевой коммутатор (Switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном уровне (2 уровень OSI). Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы (3 уровень OSI).

В отличие от концентратора (1 уровень OSI), который распространяет трафик от одного подключённого устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю (исключением является широковещательный трафик всем узлам сети и трафик для устройств, для которых неизвестен исходящий порт коммутатора). Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Принцип работы

Коммутатор хранит в памяти (т.н. ассоциативной памяти) таблицу коммутации, в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует фреймы (кадры) и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу на некоторое время.

Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя не связан с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты, за исключением того порта, с которого он был получен. Со временем коммутатор составляет таблицу для всех активных MAC-адресов, в результате трафик локализуется. Стоит указать на малую задержку и высокую скорость пересылки на каждом порту интерфейса.

Режимы коммутации

Существует три способа коммутации. Каждый из них это комбинация таких параметров, как время ожидания и надёжность передачи.

С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю информацию в кадре, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него кадр.

Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок.

Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный. Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (первые 64 байта кадра анализируются на наличие ошибки и при её отсутствии кадр обрабатывается в сквозном режиме).

Задержка, связанная с «принятием коммутатором решения», добавляется к времени, которое требуется кадру для входа на порт коммутатора и выхода с него, и вместе с ним определяет общую задержку коммутатора.

Буфер памяти

Для временного хранения фреймов и последующей их отправки по нужному адресу коммутатор может использовать буферизацию. Буферизация может быть также использована в том случае, когда порт пункта назначения занят. Буфером называется область памяти, в которой коммутатор хранит передаваемые данные.

Буфер памяти может использовать два метода хранения и отправки фреймов: буферизация по портам и буферизация с общей памятью. При буферизации по портам пакеты хранятся в очередях (queue), которые связаны с отдельными входными портами. Пакет передаётся на выходной порт только тогда, когда все фреймы, находившиеся впереди него в очереди, были успешно переданы. При этом возможна ситуация, когда один фрейм задерживает всю очередь из-за занятости порта его пункта назначения. Эта задержка может происходить даже в том случае, когда остальные фреймы могут быть переданы на открытые порты их пунктов назначения.

При буферизации в общей памяти все фреймы хранятся в общем буфере памяти, который используется всеми портами коммутатора. Количество памяти, отводимой порту, определяется требуемым ему количеством. Такой метод называется динамическим распределением буферной памяти. После этого фреймы, находившиеся в буфере, динамически распределяются по выходным портам. Это позволяет получить фрейм на одном порте и отправить его с другого порта, не устанавливая его в очередь.

Коммутатор поддерживает карту портов, в которые требуется отправить фреймы. Очистка этой карты происходит только после того, как фрейм успешно отправлен.

Поскольку память буфера является общей, размер фрейма ограничивается всем размером буфера, а не долей, предназначенной для конкретного порта. Это означает, что крупные фреймы могут быть переданы с меньшими потерями, что особенно важно при асимметричной коммутации, то есть, когда порт с шириной полосы пропускания 100 Мбит/с должен отправлять пакеты на порт 10 Мбит/с.

Разновидности коммутаторов

Коммутаторы подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые). Более сложные коммутаторы позволяют управлять коммутацией на сетевом (третьем) уровне модели OSI. Обычно их именуют соответственно, например «Layer 3 Switch» или сокращенно «L3 Switch».

Управление коммутатором может осуществляться посредством Web-интерфейса, интерфейса командной строки (CLI), протокола SNMP, RMON и т.п. Многие управляемые коммутаторы позволяют настраивать дополнительные функции: VLAN, QoS, агрегирование, зеркалирование. Многие коммутаторы уровня доступа обладают такими расширенными возможностями, как сегментация трафика между портами, контроль трафика на предмет штормов, обнаружение петель, ограничение количества изучаемых mac-адресов, ограничение входящей/исходящей скорости на портах, функции списков доступа и т.п.

Сложные коммутаторы можно объединять в одно логическое устройство — стек с целью увеличения числа портов. Например, можно объединить 4 коммутатора с 24 портами и получить логический коммутатор с 90 ((4*24)-6=90) портами либо с 96 портами (если для стекирования используются специальные порты).

Промышленные коммутаторы

Уличные коммутаторы (станции)

Коммутаторы с поддержкой РоЕ

Основным отличием таких коммутаторов от обычных устройств является поддержка технологии РоЕ (Power over Ethernet) передачи электропитания по кабелю витой пары. Предназначены для организации работы устройств в условиях, когда прокладка отдельной линии питания затруднена.

Неуправляемые коммутаторы

Неуправляемыми коммутаторами называют самые простые устройства без возможности принудительно изменять какие-либо характеристики. В основе лежит принцип: «включил и работай».

Неуправляемые коммутаторы достаточно простые устройства. Они не содержат сложных контроллеров, меньше греются, их работу сложнее нарушить, а при выходе из строя их довольно просто заменить (не надо ничего перенастраивать). Кроме того, неуправляемые коммутаторы стоят дешевле.

Такие устройства применяются в простых сетях, где не требуется применения сложных сетевых конфигураций (под понятием «простые сети» может скрываться развитая инфраструктура среднего предприятия на 100+ локальных клиентов).

Ещё одна область применения — отдельные выделенные сети, куда посторонним доступ ограничен. Например, в сети видеонаблюдения, в которой кроме службы безопасности и администратора остальным сотрудникам офиса вход воспрещен.

Весьма большим недостатком является неуправляемость. Если требуется что-то большее, чем просто соединять два порта и передавать кадры Ethernet — нужно использовать управляемые коммутаторы.

Управляемые коммутаторы

В отличие от их более простых коммутаторов, которые выше канального уровня (2-й уровень модели OSI) не поднимаются, управляемые коммутаторы выпускаются уровней L2, L2+, L3 и даже L3+. Ниже приводится описание основных возможностей управляемых коммутаторов уровня L2.

Функции управления в коммутаторах L2

Управляемые коммутаторы L2 довольно распространены. Например, их удобно использовать на уровне доступа, чтобы гибко управлять клиентским трафиком.

Коммутаторы L2 можно встретить и на уровне ядра сети. Коммутаторы на этом участке обеспечивают скоростное взаимодействие всех ветвей сети. При такой загрузке те или иные функции L3 оказываются не востребованы, а иногда просто мешают. Роль анализаторов и фильтров трафика в такой архитектуре целиком возложена на коммутаторы уровня распределения (агрегации).

Ниже приводится очень сокращенный список функций управления, характерный для коммутаторов L2. Разумеется, для коммутаторов L2+ и, тем более, L3 список возможностей будет гораздо длиннее. Но даже из сокращенного перечня хорошо понятны отличия управляемых от неуправляемых коммутаторов.

Удаленная перезагрузка или выключение

Перезагрузка может потребоваться при перепрошивке устройства или необходимости откатиться назад без сохранения конфигурации. Выключение коммутатора — тоже может быть полезно. Например, «мягкое» выключение коммутатора уровня доступа может быть эффективно в качестве крайней меры при опасности массового заражения рабочих станций.

Отключение портов (Port UP/Down)

Возможность отключить порты — весьма полезная возможность для поддержания требуемого уровня безопасности. Работающая сетевая розетка, оставленная без присмотра это потенциальная угроза. Самый простой способ избавиться от такой угрозы просто перевести порт на коммутаторе в состояние Down.

Неиспользуемые розетки в переговорной периодически нужны, когда необходимо подключить дополнительное оборудование для видеоконференций, а также ПК, МФУ и пр. Однако такие «свободные порты» могут оказаться брешью в безопасности, которую лучше закрыть. Можно постоянно отключать-подключать порты вручную и выдергивать патчкорды из коммутатора в серверной, но такой подход не является оптимальным. Поэтому возможность менять состояние Up-Down для каждого порта рано или поздно понадобится.

Защита от петель

Ошибки в виде «двойного подключения» приводят к созданию «петель» в сетях Ethernet и лишают сеть работоспособности. Для их защиты придуманы специальные средства — в первую очередь мы говорим о семействе протоколов STP (Spanning Tree Protocol), который, кроме защиты от петель, предотвращает возникновение широковещательного шторма в сетях. Протоколы семейства STP работают на 2 уровне модели OSI (L2).

Агрегирование каналов

Позволяет объединить два или несколько портов (обычно применяется число, кратное 2) в один канал передачи данных. Один из известных проколов для агрегации — LACP (Link Aggregation Control Protocol), поддерживаемый большинством Unix-like операционных систем. LACP работает в режиме Active-Active и, благодаря ему, помимо повышения отказоустойчивости увеличивается и скорость передачи данных.

Качество обслуживания (QoS)

Под QoS (Quality of Service) обычно подразумевают способность сети обеспечить необходимый уровень сервиса заданному сетевому трафику.

Например, в сети, при работе оборудования для видеоконференций, трафик между источником и приемником видеотрансляции будет более приоритетным, чем, например, копирование документов для инженеров техподдержки.

Существует множество различных инструментов, облегчающие подобные задачи, в том числе создание аппаратных очередей, flow-control и так далее.

Поддержка VLAN

VLAN (Virtual Local Area Network) — группа устройств, обменивающихся трафиком на канальном уровне (2 уровень сетевой модели OSI), хотя физически они могут быть подключены к разным коммутаторам.

Известен и обратный прием, когда один коммутатор при помощи VLAN «нарезается» на несколько независимых сегментов. Устройства из разных VLAN по умолчанию (без маршрутизации) «недоступны» на канальном уровне, не важно, подключены они к одному коммутатору или к разным. В то время как устройства из одного VLAN могут общаться между собой на канальном уровне, даже будучи подключенными к разным коммутаторам.

Это применяется как при разделении сети на подсети, например, для снижения уровня широковещательного трафика, так и для объединения устройств из различных сегментов крупной корпоративной сети в одну подсеть, организованную по единым правилам.

Например, если всей бухгалтерии, находящейся на 2-м, 3-м и 5-м этажах необходимо дать доступ к серверу 1С, но при этом запретить доступ к сети вычислительного кластера для инженерных расчетов, то разумнее всего сделать дополнительный VLAN, настроить общие ограничения, после чего приписать к нему порты всех бухгалтерских компьютеров.

Безопасность

Под безопасностью можно понимать самые разнообразные функции, например, те же VLAN.

Также среди наиболее известных: Port Security, фильтрация Layer 3 IP, фильтрация Layer 4 TCP/UDP. Неполный список протоколов приведен ниже:

 Фильтрация Layer 2 MAC

 Static MAC forwarding

 802.1x VLAN and 802.1p assignment by RADIUS

 Аутентификация RADIUS

 Аутентификация TACACS+

 SSH v2

 SSL

 MAC freeze

 DHCP snooping IPv4

 DHCP snooping IPv6

 ARP inspection

 Static IP-MAC-Port binding

 Policy-based security filtering

 Port isolation

 MAC search

 Guest VLAN

 ACL packet filtering (IPv4/IPv6)

 MAC-based authentication per VLAN

Управление коммутатором

Возможности управления и контроля коммутатора могут быть самые различные. Например, через веб-интерфейс, CLI (интерфейс командной строки), настройка через консольный порт RS-232, сохранение, извлечение и клонирование конфигурации, расписание включения PoE (для коммутаторов с PoE).

Для случаев расследования нарушений безопасности и анализа сетевых проблем интерес вызывают такие функции, как зеркалирование портов.

SNMP протокол тоже играет немаловажную роль, как в плане опроса и управления по протоколам SNMP v1/2c/3, так и оповещения с использованием механизма SNMP Trap.

И, наконец, централизованное управление через облачную систему, позволяющую забыть о вопросах локального доступа для управления, учета оборудования и других наболевших темах.

Варианты управления коммутатором могут быть самые различные. Например, через WEB-интерфейс, CLI (интерфейс командной строки), настройка через консольный порт RS-232 или TELNET.

Подключив консоль и получив доступ к устройству через командную строку, пользователь (администратор сети или сетевой инженер) может задавать различные команды и, тем самым, определять параметры конфигурации оборудования.

Web-интерфейс является альтернативой командной строки, обеспечивает графическое представление интерфейса управления коммутатора в режиме реального времени и предоставляет подробную информацию о состоянии портов, модулей, их типе и т.д.

Протокол TELNET обеспечивает удаленный доступ к сетевым устройствам (в том числе коммутаторам), позволяя администраторам передавать команды и управлять устройствами из любой точки.

Управление через WEB-интерфейс

Большинство управляемых коммутаторов позволяют выполнять настройки через Web-интерфейс, который состоит из дружественного пользовательского графического интерфейса, запускающегося на клиенте (ПК), и НТТР-сервера, запускающегося на коммутаторе.

Web-интерфейс является альтернативой командной строки, обеспечивает графическое представление интерфейса управления коммутатора в режиме реального времени и предоставляет подробную информацию о состоянии и настройках коммутатора.

Связь между клиентом и сервером обычно осуществляется через TCP/IP соединение с номером порта НТТР равным 80. При первом подключении к НТТР-серверу на коммутаторе, необходимо выполнить следующие шаги:

• проверить, что IP-адрес компьютера, с которого осуществляется управление, принадлежит той же подсети, что и IP-адрес коммутатора, если в сети не настроена маршрутизация. На компьютере запустить Web-браузер, в адресной строке которого ввести IP-адрес интерфейса управления коммутатора по умолчанию (обычно он указывается в руководстве пользователя);
• в появившемся окне аутентификации поля User name и Password необходимо ввести имя пользователя и пароль и нажать кнопку OK. После этого откроется доступ к Web-интерфейсу управления коммутатором.

Если требуется изменить IP-адрес интерфейса управления на новый, то необходимо подключиться к консольному порту коммутатора и, используя интерфейс командной строки, выполнить ряд соответствующих команд.

Пользовательский интерфейс

Условно пользовательский интерфейс можно разделить на 3 части, как показано на рисунке ниже.

Часть 1 содержит схематическое изображение портов и отображает их состояние, статус РоЕ в реальном времени, язык интерфейса, вызов справки.

Часть 2 отображает настройки и параметры функций, выбранных в Главном меню, которое находится в Части 3.

Часть 3 содержит список папок (дерево меню), объединяющих семейства функций, предназначенных для выполнения той или иной задачи. Например, в папке Configuration находятся функции, предназначенные для выполнения базовой конфигурации коммутатора, включая настройку IP-адреса, учетных записей пользователей, конфигурации портов и т.д.

Управление через командную строку (CLI)

Большинство управляемых коммутаторов позволяют выполнять настройки и конфигурирование через командную строку (Command Line Interface). Для этого администратор сети должен подключиться к устройству через прямое кабельное (консольное) подключение.

Консольный порт (Console)

Управление коммутатором чаще всего производят через консольный порт RJ-45. На рисунке приведены изображения консольного разъёма на коммутаторе и одного варианта исполнения консольного кабеля.

Классический консольный кабель имеет разъем DB9 для подключения к COM-порту компьютера и разъем RG-45 для подключения к консольному порту коммутатора.

Подготовка к управлению

Скачайте и установите на ПК, с которого будет проводиться конфигурирование коммутатора программу-эмулятор HyperTerminal или PuTTY. После установки необходимого ПО используйте следующую пошаговую инструкцию:

- Соедините порт Console коммутатора с COM-портом компьютера с помощью кабеля. - Запустите HyperTerminal на ПК. - Задайте имя для нового консольного подключения.

Выберите COM-порт, к которому подключен коммутатор.

Настройте COM-порт следующим образом: Скорость передачи данных (Baud Rate) – 115200; Биты данных (Data bits) – 8; Четность (Parity) – нет; Стоп биты (Stop bits) – 1; Управление потоком (flow control) – нет.

Система предложит войти в интерфейс CLI (управление через командную строку).

Введите имя пользователя и пароль (например :Login: admin Password: admin).

Если всё сделано правильно, то далее можно вводить команды управления коммутатором.

Управление по Telnet

Telnet – это протокол и одноименная утилита, которая позволяет установить соединение и интерактивный канал связи с любым портом удаленного устройства (коммутатора). При помощи telnet можно передавать команды на удаленное устройство, с которым установлено соединение.

С появлением более современных протоколов управления удаленными устройствами Telnet отошел на второй план и стал использоваться для решения более узкого спектра задач, например, для проверки сети или доступности портов, а также управления различными сетевыми устройствами, коммутаторами и роутерами.

Работа Telnet

Утилита работает по одноименному протоколу TELNET, а так как этот протокол поддерживает большое количество сторонних сервисов, утилита telnet может использоваться для управления ими. Протокол TELNET работает на основе TCP и позволяет передавать текстовые команды на удаленный компьютер.

Установка сетевого соединения – это только полдела. После установки соединения Telnet может работать в двух разных режимах передачи данных:

Построчный – это режим по умолчанию, в котором команды и данные вводятся построчно на устройстве пользователя и передаются на удаленное устройство только по завершении ввода строки. Этот режим позволяет отредактировать команду или данные после ввода в случае ошибки, но может поддерживаться не всеми сервисами.

Посимвольный – это режим, который может быть активирован как со стороны удаленного устройства, так и со стороны локального. Обычно он включается сервисами, которые не поддерживают построчный режим. В этом режиме каждый символ, который вы вводите, сразу передается на сервер и любая ошибка в команде или данных приведет к необходимости вводить их заново.

После подключения к удаленному устройству используются команды сервиса, к которому вы подключены. У протокола Telnet есть свои команды, которые работают независимо от сервиса, с которым установлено подключение.

Подготовка к управлению

Протоколы Telnet и SSH предоставляют пользователю текстовый интерфейс командной строки для управления коммутатором (CLI). Но только SSH обеспечивает создание безопасного канала с полным шифрованием передаваемых данных.

Чтобы получить доступ к CLI коммутатора через Telnet/SSH, ПК и коммутатор должны находиться в одной сети.

Telnet интерфейс встроен в командную строку CMD семейства операционных систем Microsoft Windows. SSH интерфейс доступен только с помощью программы эмулятора SSH терминала. Ниже показано, как получить доступ к CLI коммутатора через SSH с помощью программы PuTTY.

- Зайдите в меню PuTTY Configuration. Введите IP адрес коммутатора в поле Имя хоста (Host Name) (или IP адрес). По умолчанию IP адрес коммутатора 192.168.0.1 - Выберите тип подключения (Connection type) – SSH. - Если вы подключаетесь к коммутатору через SSH впервые, вы увидите окно PuTTY Security Alert. Нажмите Yes (Да) для продолжения.

PuTTY обеспечит вам доступ к управлению коммутатором после того как Telnet/SSH подключение будет установлено. Введите имя пользователя и пароль (например :Login: admin Password: admin).

Если всё сделано правильно, то далее можно вводить команды управления коммутатором.

MAC-адрес

Каждое устройство в локальной сети имеет свой уникальный идентификационный номер МАС-адрес (Media Access Control). Все подключенные к сети устройства, такие как ПК, ноутбуки, мобильные телефоны, планшеты, беспроводные и IP камеры и пр. имеют этот уникальный номер.

MAC-адрес предоставляется производителем и встроен в микросхему, которая позволяет вашему устройству подключаться к сети. MAC-адрес можно представить как уникальный цифровой отпечаток пальца, который является единственным в своем роде. В отличие от других устройств, сетевой коммутатор может иметь много MAC адресов, поскольку каждому интерфейсу коммутатора назначен свой MAC-адрес.

Общие сведения о МАС-адресе

48битовый MACадрес записывается как последовательность из 12 шестнадцатеричных цифр (например, 00:1A:2B:3C:4D:5E). Адрес делится на две части:

OUI (Organizationally Unique Identifier, OUI) / OI (Organization Identifier) — первые 3 байта (6 шестнадцатеричных символов). Эта часть назначается IEEE конкретному производителю оборудования; гарантирует уникальность на глобальном уровне — ни один производитель не получит тот же OUI; также называется OUI (Organizationally Unique Identifier).

Уникальный идентификатор устройства — последние 3 байта (6 шестнадцатеричных символов). Эта часть: присваивается самим производителем; Обеспечивает уникальность адреса внутри парка устройств данного вендора; позволяет однозначно идентифицировать устройство в локальной сети.

Адресное пространство EUI48

Формат 48 бит даёт адресное пространство размером: 248=281 474 976 710 656 адресов.

Как MACадрес становится идентификатором устройства

Когда сетевая карта (NIC, Network Interface Card) устанавливается в компьютер или другое устройство её MACадрес «наследуется» системой; устройство получает уникальный идентификатор в локальной сети; этот адрес используется для доставки кадров на канальном (втором) уровне модели OSI.

МАС и IP адреса

Несмотря на похожие названия, IP и MAC адреса не имеют ничего общего, однако работают в связке. MAC-адрес состоит из шести наборов буквенно-цифровых значений, разделённых двоеточием, и имеет вид типа 00:0с:86:5s:9d:45:26. В этом обозначении скрыта информация о производителе оборудования - это первые три октета адреса.

Программы диагностики (типа PC Wizard) именно так и определяют принадлежность оборудования, установленного на вашем компьютере. Теоретически MAC-адрес при работе в сети, в отличие от IP-адреса, остаётся неизменным. Так что для сетевых администраторов, определяющих отправителя и получателя данных в сети, он имеет более важное значение, чем динамический IP.

В беспроводных сетях правильно настроенная в роутере функция фильтрации MAC-адресов выполняет защитную функцию отсева нежелательных компьютеров, предотвращая незаконное подключение к сети. IP-адрес можно изменить, не выходя из интернета, а со сменой адреса MAC у потенциального взломщика могут возникнуть проблемы уже на этапе подключения к текущему провайдеру.

Использование МАС-адресов коммутаторами

Коммутатор, в отличие от хаба или ретранслятора, разумно направляет трафик между системами, отправляя пакеты только к их надлежащему месту назначения. Для этого он отслеживает MAC-адреса сетевых карт, подключенных к каждому порту. MAC-адреса должны быть уникальными или, по крайней мере, маловероятно повторяющимися, чтобы коммутаторы могли идентифицировать различные порты и устройства. Поэтому ручная установка MAC-адреса может иметь негативные последствия для коммутируемой сети. Коммутаторы обычно имеют несколько MAC-адресов, зарезервированных в своей таблице MAC-адресов. При пересылке фрейма коммутатор сначала просматривает таблицу MAC-адресов по MAC-адресу назначения фрейма для исходящего порта. Если исходящий порт найден, фрейм пересылается, а не транслируется, поэтому количество трансляций уменьшается.

Получение МАС-адресов коммутаторами

Поскольку управляемый коммутатор обладает некоторым интеллектом, он может автоматически создать таблицу MAC-адресов. Далее показано, как коммутатор узнает MAC-адреса.

Посередине находится коммутатор, объединяющий 3 компьютера. У всех компьютеров есть МАС-адреса (они упрощены как АА, ВВВ и ССС). Коммутатор имеет таблицу МАС-адресов и должен узнать, где находятся все МАС-адреса в сети. Предположим, что компьютер А собирается отправить что-то на компьютер В.

Компьютер A будет отправлять некоторые данные, предназначенные для компьютера B, поэтому он создаст канал Ethernet, который имеет MAC-адрес источника (AAA) и MAC адрес назначения (BBB).

Коммутатор создаст таблицу MAC-адресов и будет учиться только по исходным MAC адресам. В этот момент он только что узнал, что MAC адрес компьютера A находится на интерфейсе 1. Теперь он добавит эту информацию в свою таблицу MAC-адресов. Но коммутатор в настоящее время не имеет информации о том, где находится компьютер B. Остался только один вариант, чтобы отправить этот фрейм из всех его интерфейсов, кроме того, откуда он поступил. Компьютер B и компьютер C получат этот Ethernet фрейм.

Поскольку компьютер B видит свой MAC-адрес в качестве пункта назначения этого Ethernet фрейма, он знает, что он предназначен для него, компьютер C его отбросит. Компьютер B ответит на компьютер A, создаст Ethernet фрейм и отправит его к коммутатору. В этот момент коммутатор узнает MAC-адрес компьютера B. Теперь коммутатор знает как и когда он может «переключаться» вместо переполнения Ethernet фреймов. Компьютер C никогда не увидит никаких фреймов между компьютером A и B, за исключением первого, который был отправлен.

Можно использовать динамическую команду show mac address-table, чтобы увидеть все MAC адреса, которые изучил коммутатор. Здесь следует отметить что таблица MAC-адресов на коммутаторе использует механизм устаревания для динамических записей. Если MAC-адреса компьютеров A и B не обновляются в течение времени их старения, то они будут удалены, чтобы освободить место для новых записей, что означает, что фреймы между компьютером A и B будут снова залиты на компьютер C, если A хочет передать информацию в В.

Настройка таблицы Mac-адресов коммутатора

Для переадресации кадров поддерживается таблица MAC-адресов, которую можно динамически изучать или настраивать вручную. Ниже описаны возможности по ручной настройке таблицы MAC-адресов для адаптации к изменениям сети и повышения безопасности сети.

Настройка записей таблицы статических, динамических и черных MAC-адресов

Чтобы повысить безопасность портов, можно вручную добавить записи MAC-адресов в таблицу MAC-адресов, чтобы связать порты с MAC-адресами для предотвращения атаки по подделке MAC-адресов. Кроме того, можно настроить черные MAC-адреса для фильтрации пакетов с определенными исходными или целевыми MAC-адресами.

Настройка многопортовой записи таблицы MAC-адресов одноадресной рассылки

Можно настроить запись многопортового одноадресного MAC-адреса в таблице, чтобы связать одноадресный MAC-адрес с несколькими портами, чтобы пакеты, соответствующие этой записи, доставлялись на несколько портов назначения.

Настройка предела загрузки MAC для портов

Чтобы таблица MAC-адресов не стала настолько большой, что ухудшит производительность переадресации коммутатора, можно ограничить число MAC-адресов, которые могут быть учтены на порту. Также можно ограничить количество MAC-адресов, которые можно узнать на основе VLAN.

Заключение

Поскольку MAC-адреса являются уникальными для сетевой карты и не используются повторно, они весьма полезны и важны в приложениях. Сетевые коммутаторы хранят список MAC-адресов, видимых на каждом порту, и только перенаправляют пакеты на порты, которые должны видеть пакет. Точки беспроводного доступа часто используют MAC адреса для контроля доступа. Они разрешают доступ только для известных устройств. Кроме того, серверы DHCP (протокол динамической конфигурации хоста) используют MAC-адрес для идентификации устройств и дают некоторым устройствам фиксированные IP-адреса.

IP адрес

IP-адрес — это уникальный адрес, который идентифицирует устройство в Интернете или локальной сети. IP означает «Интернет-протокол», который представляет собой набор правил, регулирующих формат данных, отправляемых через Интернет или локальную сеть.

По сути, IP-адрес — это идентификатор, который позволяет передавать информацию между устройствами в сети: они содержат информацию о местоположении и делают устройства доступными для связи. Интернету нужен способ различать разные компьютеры, маршрутизаторы и веб-сайты. IP-адреса предоставляют возможность сделать это и составляют важную часть работы Интернета.

Общие сведения об IP-адресе

IP-адрес представляет собой строку чисел, разделенных точками. IP-адреса выражаются в виде набора из четырех цифр — например, адрес может быть 192.158.1.38. Каждое число в наборе может находиться в диапазоне от 0 до 255. Таким образом, полный диапазон IP-адресов варьируется от 0.0.0.0 до 255.255.255.255.

IP-адреса не являются случайными. Они математически генерируются и распределяются (IANA), подразделением (ICANN). ICANN — это некоммерческая организация, основанная в США в 1998 году для обеспечения безопасности Интернета и обеспечения его доступности для всех. Каждый раз, когда кто-либо регистрирует домен в Интернете, он проходит через регистратора доменных имен, который платит ICANN небольшую плату за регистрацию домена.

Как работают IP-адреса

Интернет-протокол работает путем общения с использованием установленных правил передачи информации. Все устройства находят, отправляют и обмениваются информацией с другими подключенными устройствами, используя этот протокол. Используя установленные правила передачи, любые компьютеры в любом месте могут общаться друг с другом.

Типы IP-адресов

Существуют разные категории IP-адресов, и внутри каждой категории — разные типы.

IP-адреса потребителей

Каждое физическое или юридическое лицо с тарифным планом интернет-услуг будет иметь два типа IP-адресов: частные IP-адреса и общедоступные IP-адреса. Термины «публичный» и «частный» относятся к сетевому местоположению — то есть частный IP-адрес используется внутри сети, а общедоступный — вне сети.

Частные IP-адреса

Каждое устройство, подключающееся к вашей интернет-сети, имеет частный IP-адрес. Сюда входят компьютеры, смартфоны и планшеты, а также любые устройства с поддержкой Bluetooth, такие как колонки, принтеры или смарт-телевизоры. Вашему маршрутизатору нужен способ идентифицировать эти элементы по отдельности, а многим элементам нужен способ распознавать друг друга. Таким образом, ваш маршрутизатор генерирует частные IP-адреса, которые являются уникальными идентификаторами для каждого устройства и различают их в сети.

Публичные IP-адреса

Публичный IP-адрес — это основной адрес, связанный со всей вашей сетью. Хотя каждое подключенное устройство имеет свой собственный IP-адрес, они также включены в основной IP-адрес вашей сети. Как описано выше, ваш общедоступный IP-адрес предоставляется вашему маршрутизатору вашим интернет-провайдером. Обычно интернет-провайдеры имеют большой пул IP-адресов, которые они раздают своим клиентам. Ваш общедоступный IP-адрес — это адрес, который все устройства за пределами вашей интернет-сети будут использовать для распознавания вашей сети. Публичные IP-адреса бывают двух видов — динамические и статические.

Динамические IP-адреса

Динамические IP-адреса меняются автоматически и регулярно. Интернет-провайдеры покупают большой пул IP-адресов и автоматически назначают их своим клиентам. Периодически они переназначают их и помещают старые IP-адреса обратно в пул для использования другими клиентами. Обоснованием такого подхода является экономия средств интернет-провайдера. Это также дает преимущества в плане безопасности, поскольку изменение IP-адреса затрудняет взлом вашего сетевого интерфейса преступникам.

Статические IP-адреса

В отличие от динамических IP-адресов, статические адреса остаются согласованными. Как только сеть присваивает IP-адрес, он остается прежним. Большинству частных лиц и предприятий не нужен статический IP-адрес, но для предприятий, которые планируют разместить собственный сервер, его наличие крайне важно. Это связано с тем, что статический IP-адрес гарантирует, что веб-сайты и адреса электронной почты, связанные с ним, будут иметь единый IP-адрес, что очень важно, если вы хотите, чтобы другие устройства могли постоянно находить их в Интернете.

Уровень L2 сетевой модели OSI

Далее представлена краткая информация об Ethernet-сетях соответствующих стандарту IEEE 802.3, к которым относятся проводные сети с использованием кабелей витой пары. Основой такой сети является коммутатор, который работает на втором уровне сетевой модели OSI (L2).

Канальный уровень (т.е. Второй уровень) работает в пределах одного сегмента сети и использует для адресации уникальные физические адреса оборудования - MAC-адреса. Передаваемая между узлами информация разделяется на специальные фрагменты - Ethernet-кадры (фреймы), которые не следует путать с IP-пакетами, которые находятся на более высоком уровне модели OSI и передаются внутри Ethernet-кадров. Таким образом, коммутатор ничего не знает об IP-адресах и никак эту информацию в работе не учитывает.

Сегменты сети, домен коллизий

Коммутатор анализирует заголовки каждого входящего кадра и заносит соответствие MAC-адреса источника в специальную MAC-таблицу, после чего кадр, адресованный этому узлу, будет направляться сразу на определенный порт, если МАС-адрес получателя неизвестен, то кадр отправляется на все порты устройства. После получения ответа коммутатор привяжет MAC-адрес к порту и будет отправлять кадры только через него.

Этим достигается возможность одновременной передачи данных по нескольким портам одновременно и увеличивается безопасность сети, так как данные будут передаваться только на определенный порт. Одновременно передавать данные через порт коммутатора может только один узел сети. Попытка одновременно передавать несколько кадров в одном сегменте сети называется коллизией, а такой сегмент - доменом коллизий. Чем больше устройств в домене коллизий, тем медленнее работает сеть.

Коммутатор позволяет разделять домен коллизий на отдельные домены по числу портов, таким образом, каждый порт коммутатора - это отдельный домен коллизий и в каждом из них данные могут передаваться одновременно, не мешая друг другу.

Совокупность доменов коллизии, соединенных на втором уровне, является широковещательным доменом, если говорить проще, то широковещательный домен - это совокупность всех портов коммутаторов соединенных в один сегмент.

К широковещанию прибегает сам коммутатор, когда получает кадр MAC-адрес которого отсутствует в MAC-таблице, а также узлы сети, отправляя кадры на адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF, такие кадры будут доставлены всем узлам сети в широковещательном сегменте.

Появление широковещательных кадров снижает производительность сети, так как они доставляются и тем, кому надо и тем, кому не надо. Делая невозможным в это время передачу целевой информации. Кроме того, записи в MAC-таблице имеют определенное время жизни, по окончании которого они удаляются, что снова приводит к необходимости рассылки кадра на все порты устройства.

Чем больше в сети узлов, тем острее стоит проблема широковещания, поэтому широковещательные домены крупных сетей принято разделять. Это снижает количество лишнего трафика и увеличивает производительность, а также повышает безопасность, так как ограничивает передачу кадров только своим широковещательным доменом.

Решить проблему можно установкой дополнительных коммутаторов и подключить каждый сегмент к своему коммутатору. Но это требует затрат на новое оборудование и прокладки новых кабельных сетей, поэтому на помощь приходит технология VLAN.

Технология VLAN (виртуальная локальная сеть)

Данная технология определяется стандартом 802.1Q и предусматривает добавление к заголовкам кадра дополнительного поля, которое содержит в том числе определенную метку (тег) с номером виртуальной сети - VLAN ID, всего можно создать 4094 сети, для большинства применений этого достаточно.

Коммутатор работает с виртуальными сетями следующим образом: например мы возьмем условный 8-портовый коммутатор и настроим на нем три порта на работу с одним VLAN, а еще три порта с другим.

Каждый VLAN обозначается собственным номером, который является идентификатором виртуальной сети. Порты, которые не настроены ни для какого VLAN считаются принадлежащими Native VLAN, по умолчанию он обычно имеет номер 1 (может отличаться у разных производителей), поэтому не следует использовать этот номер для собственных сетей. Порты, настроенные нами для работы с VLAN, образуют как-бы два отдельных виртуальных коммутатора, передавая кадры только между собой. Это достигается следующим образом.

Каждый кадр 802.1Q содержит дополнительное поле, в котором содержится тег - номер виртуальной сети. При входе Ethernet-кадра в коммутатор с поддержкой VLAN (такой трафик называется входящим - ingres) в его состав добавляется поле с тегом. При выходе из коммутатора (исходящий трафик - egress), данное поле из кадра удаляется, т.е. тег снимается. Все кадры внутри коммутатора являются тегированными. Если трафик пришел на порт, не принадлежащий ни одному VLAN, он получает тег с номером Native VLAN.

В порт, принадлежащий определенному VLAN, могут быть отправлены только пакеты с тегом, принадлежащим этому VLAN, остальные будут отброшены. Фактически мы разделили единый широковещательный домен на несколько меньших и трафик из одного VLAN никогда не попадет в другой, даже если эти подсети будут использовать один диапазон IP. Для конечных узлов сети такой коммутатор ни чем не отличается от обычного. Вся обработка виртуальных сетей происходит внутри.

Такие порты коммутатора называются портами доступа или нетегированными портами (access port, untagged). Обычно они используются для подключения конечных узлов сети, которые не должны ничего знать об иных VLAN и работать в собственном сегменте.

Магистральные (транковые порты)

На схеме ниже изображено два коммутатора, каждый из которых должен работать с обоими VLAN, при этом соединены они единственным кабелем и проложить дополнительный кабель невозможно. В этом случае мы можем настроить один или несколько портов на передачу тегированного трафика, при этом можно передавать как трафик любых VLAN, так и только определенных. Такой порт называется магистральным (тегированным) или транком (trunk port, tagged).

Магистральные порты используются для соединения сетевого оборудования между собой, к конечным узлам сети тегированный трафик обычно не доставляется. Но в ряде случаев тегированный трафик удобнее доставить именно конечному узлу, если он содержит виртуальные машины, принадлежащие разным участкам сети.

Так как кадр 802.1Q отличается от обычного Ehternet-кадра, то работать с ним могут только устройства поддерживающие данный протокол. Если на пути тегированного трафика встречается обычный коммутатор, то такие кадры будут им сброшены. В случае доставки 802.1Q кадров конечному узлу сети такая поддержка потребуется от сетевой карты устройства. Если на магистральный порт приходит нетегированный трафик, то ему обычно назначается Native VLAN.

Кроме указанных двух портов доступа существует еще одна разновидность - гибридный порт (hybrid port), его реализация и наименование у разных производителей сетевого оборудования может быть разным, но суть от этого не меняется. Такой порт передает как тегированный, так и нетегированный трафик. Для этого в его настройках указывается Default VLAN ID и для всех кадров этого VLAN данный порт работает как порт доступа, т.е. для исходящего трафика указанного VLAN тег снимается, а входящему кадру без тега, наоборот, присваивается. Трафик остальных VLAN передается с тегами. Наиболее частое применение - это IP-телефония.

Уровень L3 сетевой модели OSI

Если продолжать рассматривать канальный уровень - то попасть из одного VLAN в другой невозможно. Каждый VLAN можно рассматривать как отдельный физический коммутатор, а магистральный канал - как жгут кабелей между ними. Только все это сделано виртуально, на более высоком уровне абстракции, чем L1 - физический уровень, который как раз представлен кабелями и физическим оборудованием.

Для решения этой проблемы нужно перейти на более высокий уровень модели ОSI - сетевой уровень L3. Здесь появляется понятие IP-адреса и IP-сетей. Если смотреть на VLAN с этого уровня, то они ни чем не отличаются от физических сегментов сетей. В случае, если нужно попасть из одной сети в другую, то следует применить сетевое устройство - маршрутизатор.

Маршрутизатор (роутер)

Маршрутизатор или роутер - устройство, работающее на третьем уровне модели OSI и способное выполнять маршрутизацию трафика, т.е. поиск оптимального пути для доставки его получателю. Здесь речь идет не о Ethernet-кадрах, а об IP-пакетах. Маршрутизация между VLAN называется межвлановой маршрутизацией (InterVLAN Routing), по сути, она ничем не отличается от обычной маршрутизации между IP-подсетями. Для обеспечения связи между сетями в схеме появляется сетевое устройство - маршрутизатор, как правило, к нему от одного из коммутаторов идет магистральный канал (транк), содержащий все необходимые VLAN.

Пример работы маршрутизатора

Допустим ПК из синей сети (VLAN ID 40), хочет обратиться к другому узлу синей сети. IP-адрес адресата ему известен, но для того, чтобы отправить кадр нужно знать физический адрес устройства. Для этого ПК источник делает широковещательный ARP-запрос, передавая в нем нужный ему IP-адрес, в ответ на него обладатель этого IP сообщит ему собственный MAC-адрес.

Все кадры, попадающие с порта доступа в коммутатор, получают тег с VLAN ID 40 и могут покинуть коммутатор только через порты, принадлежащие этому VLAN или транк. Таким образом, любые широковещательные запросы не уйдут дальше своего VLAN. Получив ответ, узел сети формирует кадр и отправляет его адресату. Далее в дело снова вступают коммутаторы, сверившись с MAC-таблицей, они отправляют кадр в один из портов, который будет либо принадлежать своему VLAN, либо будет являться магистральным. В любом случае кадр будет доставлен по назначению без использования маршрутизатора, только через коммутаторы.

Совсем иное дело, если узел одного из VLAN хочет получить доступ к узлу другого VLAN. В нашем случае узел из красной сети (VLAN ID 30) хочет получить доступ к узлу синей сети (VLAN ID 40). Узел источник знает IP-адрес адресата и также знает, что этот адрес не принадлежит его сети. Поэтому он формирует IP-пакет на адрес основного шлюза сети (роутера), помещает его в Ethernet-кадр и отправляет на порт коммутатора. Коммутатор добавляет к кадру тег с VLAN ID 30 и доставляет его роутеру.

Роутер получает данный кадр, извлекает из него IP-пакет и анализирует заголовки. Обнаружив адрес назначения, он сверяется с таблицей маршрутизации и принимает решение куда отправить данный пакет дальше. После чего формируется новый Ethernet-кадр, который получает тег с новым VLAN ID сети-получателя в него помещается IP-пакет, и он отправляется по назначению.

Таким образом, любой трафик внутри VLAN доставляется только с помощью коммутаторов, а трафик между VLAN всегда проходит через маршрутизатор, даже если узлы находятся в соседних физических портах коммутатора.

L3 коммутаторы

Говоря о межвлановой маршрутизации нельзя обойти вниманием такие устройства как L3 коммутаторы. Это устройства уровня L2 c некоторыми функциями L3, но в отличие от маршрутизаторов, данные функции существенно ограничены и реализованы аппаратно. Этим достигается более высокое быстродействие, но пропадает гибкость применения. Как правило, L3 коммутаторы предлагают только функции маршрутизации и не поддерживают технологии для выхода во внешнюю сеть (NAT) и не имеют брандмауэра. Но они позволяют быстро и эффективно осуществлять маршрутизацию между внутренними сегментами сети, в том числе и между VLAN.

Маршрутизаторы предлагают гораздо большее число функций, но многие из них реализуются программно и поэтому данный тип устройств имеет меньшую производительность, но гораздо более высокую гибкость применения и сетевые возможности.

При этом нельзя сказать, что какое-то из устройств хуже, каждое из них хорошо на своем месте. Если мы говорим о маршрутизации между внутренними сетями, в том числе и о межвлановой маршрутизации, то здесь предпочтительно использовать L3 коммутаторы с их высокой производительностью, а когда требуется выход во внешнюю сеть, то здесь нам потребуется именно маршрутизатор, с широкими сетевыми возможностями.

Зеркалирование портов

Зеркалирование портов — технология дублирования пакетов одного порта сетевого коммутатора (или отдельной VLAN) на другом. Большинство управляемых сетевых коммутаторов позволяют дублировать трафик от одного или нескольких портов и/или VLAN на отдельно взятый порт.

Зеркалирование портов используется на сетевом коммутаторе или маршрутизаторе для отправки копии сетевых пакетов, видимых на указанных портах (исходный порт), на другие указанные порты (порт назначения). При включенном зеркалировании портов пакеты можно отслеживать и анализировать. Зеркалирование портов применяется, например, для анализа и отладки данных или диагностики ошибок в своих сетях, без влияния на возможности обработки пакетов сетевых устройств. Также собранные зеркалированные данные портов могут быть использованы для анализа поведения сети и повышения её безопасности.

Принцип зеркалирования портов

Локальное и удаленное зеркалирование портов - это два типа зеркалирования портов, основанные на разных рабочих диапазонах зеркалирования. Они работают по разным принципам.

Локальное зеркалирование портов является наиболее простой формой зеркалирования. Все исходные порты расположены на том же сетевом устройстве как порт назначения. Как показано на рисунке ниже, зеркалирование локального порта позволяет сетевому коммутатору переслать копию пакета с исходного порта (Eth 1/1) на порт назначения (Eth 1/2). Затем устройство мониторинга, подключенное к порту назначения, может отслеживать и анализировать пакет.

Зеркалирование удаленных портов применяется когда исходные порты и порты назначения не находятся на одном устройстве. Как показано на рисунке ниже, исходные порты (Eth 1/3) находится на одном коммутаторе, а порт назначения (Eth 1/3) - на другом коммутаторе. Исходный порт пересылает копию пакета на порт назначения через соединение восходящей линии связи, достигнутое портом (Eth 1/4) на двух коммутаторах. Зеркалирование локальных портов позволяет осуществлять мониторинг и анализ данных на разных устройствах.

Зеркалирование трафика

Зеркалирование трафика — функция коммутатора, предназначенная для перенаправления трафика с одного порта коммутатора на другой порт этого же коммутатора (локальное зеркалирование) или на удаленный коммутатор (удаленное зеркалирование). Как показано на рисунке ниже, исходный порт копирует поток данных, соответствующий правилу от клиента 2 к порту назначения, который затем отправляет скопированный поток данных на устройство мониторинга. Соответствующий поток данных может быть установлен функцией ACL (Access Control List) или командами конфигурации. При зеркалировании трафика на устройство мониторинга отправляется только выбранный или согласованный трафик, а при зеркалировании портов копируется каждый пакет, который проходит через интерфейс, на устройство мониторинга.

Port mapping - это переадресация принимаемых данных таким образом, чтобы данные, принимаемые на какой-то порт одного компьютера автоматически переадресовывались на какой-то порт другого компьютера. Все передаваемые вами данные безо всяких искажений передаются на другой компьютер, который может быть расположен где угодно. Таким образом, port mapping - это процесс пересылки данных, а зеркалирование порта - это процесс копирования данных.

Агрегирование.

Агрегирование каналов

Агрегирование каналов (агрегация каналов, англ. link aggregation) — технология, которая позволяет объединить несколько физических каналов в один логический. Такое объединение позволяет увеличивать пропускную способность и надежность канала. Агрегирование каналов может быть настроено между двумя коммутаторами, коммутатором и маршрутизатором, между коммутатором и хостом.

Для протоколов агрегирования каналов существуют и многие другие названия:

- Port Trunking (в Cisco trunk'ом называется тегированный порт)

- (в Cisco так называется агрегирование каналов)

- Ethernet trunk, NIC Teaming, Port Channel, Port Teaming, LAG (link aggregation), Link Bundling, Multi-Link Trunking (MLT), DMLT, SMLT, DSMLT, R-SMLT, NIC bonding, Network Fault Tolerance (NFT), Fast EtherChannel.

Общая информация об агрегировании

Агрегирование каналов позволяет решить две задачи:

- повысить пропускную способность канала

- обеспечить резерв на случай выхода из строя одного из каналов

Большинство технологий по агрегированию позволяют объединять только параллельные каналы. То есть такие, которые начинаются на одном и том же устройстве и заканчиваются на другом.

Если рассматривать избыточные соединения между коммутаторами, то без использования специальных технологий для агрегирования каналов, передаваться данные будут только через один интерфейс, который не заблокирован протоколом STP.

Такой вариант позволяет обеспечить резервирование каналов, но не дает возможности увеличить пропускную способность. Без использования протокола STP такое избыточное соединение создаст петлю в сети.

Балансировка в агрегированном канале

Технологии по агрегированию каналов позволяют использовать все интерфейсы одновременно. При этом устройства контролируют распространение широковещательных фреймов (а также multicast и unknown unicast), чтобы они не зацикливались. Для этого коммутатор, при получении широковещательного фрейма через обычный интерфейс, отправляет его в агрегированный канал только через один интерфейс. А при получении широковещательного фрейма из агрегированного канала, не отправляет его назад.

Хотя агрегирование каналов позволяет увеличить пропускную способность канала, не стоит рассчитывать на идеальную балансировку нагрузки между интерфейсами в агрегированном канале. Технологии по балансировке нагрузки в агрегированных каналах обычно ориентированы на балансировку по таким критериям: MAC-адресам, IP-адресам, портам отправителя или получателя (по одному критерию или их комбинации).

То есть, реальная загруженность конкретного интерфейса никак не учитывается. Поэтому один интерфейс может быть загружен больше, чем другие. Более того, при неправильном выборе метода балансировки (или если недоступны другие методы) или в некоторых топологиях, может сложиться ситуация, когда реально все данные будут передаваться, например, через один интерфейс.

Коммутатор агрегации

Коммутатор агрегации объединяет трафик данных от нескольких коммутаторов доступа к сети в один канал с высокой пропускной способностью, направленный на опорную сеть или центр обработки данных. Основная функция коммутатора-агрегатора заключается в объединении и пересылке данных с нескольких сетевых устройств, таких как коммутаторы доступа, точки беспроводного доступа, серверы и устройства хранения данных, на коммутаторы или маршрутизаторы более высокого уровня.

Коммутаторы агрегации обычно развертываются в корпоративных сетях, при подключении к центральной сети и в точках передачи данных. Они предназначены для обработки больших объемов сетевого трафика и обеспечения высокоскоростного и надежного соединения между различными сегментами сети.

Работа коммутатора агрегации

Коммутатор агрегации работает на уровне 2 или уровне 3 модели OSI, в зависимости от конфигурации и топологии сети. Контроллер использует протоколы, такие как протокол управления агрегацией каналов (LACP) или агрегирование статических каналов, для объединения физических каналов в один логический канал. Это увеличивает пропускную способность, поскольку данные могут передаваться по нескольким путям одновременно.

Коммутатор агрегации также использует протокол связующего дерева (STP) для предотвращения сетевых петель и обеспечения передачи данных только по наиболее эффективному пути. Кроме того, коммутатор поддерживает тегирование, которое позволяет изолировать трафик в отдельные широковещательные домены, повышая безопасность и производительность сети.

Протоколы агрегации каналов

Агрегация каналов улучшает избыточность сети и обеспечивает возможности аварийного переключения. Коммутаторы агрегации обрабатывают агрегацию каналов с помощью протоколов LACP или Static Link Aggregation.

LACP — это динамический протокол, который автоматически обнаруживает и настраивает агрегированные каналы связи между коммутаторами. Он отслеживает состояние каждого физического соединения и перенастраивает их по мере необходимости, чтобы поддерживать постоянную пропускную способность и время безотказной работы.

Static Link Aggregation - агрегация статических каналов представляет собой ручную настройку, объединяющую несколько физических каналов в одно логическое соединение. В этом режиме конфигурация канала не изменяется динамически, но он обеспечивает более простую настройку и подходит для сетей с фиксированной топологией.

Преимущества коммутаторов агрегации в сетях уровня 2

Коммутаторы агрегации обеспечивают ряд преимуществ для сетей уровня 2, в том числе:

- Увеличенная пропускная способность: коммутаторы агрегации объединяют трафик с нескольких устройств в один канал с высокой пропускной способностью, повышая производительность сети и уменьшая потерю пакетов.

- Улучшенная избыточность: агрегированные каналы обеспечивают избыточность, позволяя передавать данные даже в случае сбоя одного или нескольких физических соединений. Это сокращает время простоя сети и повышает общую надежность сети.

- Упрощенное управление сетью. Коммутаторы агрегации обеспечивают централизованную точку подключения к сети, упрощая управление сетью и устранение неполадок.

Коммутаторы агрегации являются логичным выбором в качестве основного коммутатора в корпоративных сетях. Они обеспечивают высокоскоростное соединение между коммутаторами доступа, серверами и другими сетевыми устройствами. Коммутатор агрегации может обрабатывать большие объемы трафика, не влияя на производительность сети, обеспечивая бесперебойную работу сети. Он также предоставляет расширенные функции, такие как тегирование VLAN и агрегация каналов, которые позволяют сетевым администраторам управлять потоками трафика и повышать производительность сети.

Стекируемые коммутаторы

Стек или соединение сетевых коммутаторов в стек — это соединение двух или более управляемых коммутаторов, предназначенное для увеличения числа портов, при этом полученная группа идентифицируется остальными сетевыми устройствами как один логический коммутатор — имеет один IP-адрес, один MAC-адрес.

Обычно стек используется для подключения возрастающего числа сетевых машин в локальной сети. Управление локальной сетью усложняется незначительно, так как администратор сети продолжает управлять одним логическим коммутатором.

По возможности построения стека коммутаторы делятся на стековые (стекируемые) и нестековые. Стековый коммутатор имеет специальные порты (интерфейсы) для соединения в стек, часто при этом производится физическое объединение внутренних шин. При соединении в стек у таких коммутаторов сохраняется основная часть функций.

Как правило, стековое соединение между коммутаторами осуществляется со скоростью передачи данных, в 2 и более раз большей, чем скорость передачи по портам коммутатора.

Среди стековых коммутаторов можно выделить коммутатор с неблокирующей архитектурой. Неблокирующий коммутатор имеет пропускную способность стекового порта, равную сумме пропускных способностей всех остальных портов. То есть в таких коммутаторах отсутствует блокировка трафика при обмене между соединенными в стек коммутаторами.

Объединение коммутаторов в стек

Объединение коммутаторов в стек для разных коммутаторов осуществляется следующими способами:

- При помощи специальных портов коммутатора предназначенных для объединения в стек с использованием специального кабеля.

- При помощи патч-кабелей Ethernet (в том числе и нескольких для кратного увеличения скорости); при этом в настройках коммутаторов соединяемые этим кабелем порты объявляются портами для стекирования.

- При помощи кабелей с оконечными разъемами SFP, GBIC и пр.

Некоторые стековые сетевые коммутаторы в случае сбоя автоматически соединяют входной и выходной разъемы стека, пропуская сетевой трафик сквозь себя.

Стек позволяет объединять лишь небольшое количество коммутаторов (до 4, 8 или 16 для разных моделей и производителей), находящихся на небольшом расстоянии друг от друга.

Схемы организации стека

Стек типа «кольцо»: каждый коммутатор подключается к вышележащему и нижележащему коммутатору, при этом самый нижний и самый верхний коммутатор в стеке также объединяются. При выходе одного устройства из строя (или обрыве соединения) остальные устройства стека продолжают работать.

Стек типа «цепь», в отличие от кольца, отсутствует соединение между нижним и верхним коммутатором стека. При выходе одного устройства из строя или обрыве соединения работа стека нарушается.

Стек типа «звезда»: коммутаторы объединяются не друг с другом, а с отдельным устройством, обеспечивающим более высокопроизводительный обмен данными между любыми парами коммутаторов. Роль агрегирующего устройства такого стека исполняет мастер-коммутатор. Схема обладает большей устойчивостью к ошибкам, т.к. разрыв связи между коммутатором и мастером-коммутатором не повлияет на остальные каналы связи стека.

Технология xStack позволяет выбрать оптимальный путь передачи данных между устройствами стека, организованного по топологии «кольцо», и в значительной степени повысить его отказоустойчивость. Данная технология поддерживает механизм полного резервирования (Full Redundancy Mechanism), позволяющий в случае выхода одного из коммутаторов стека из строя, автоматически передавать данные по обходному пути.

Недостатки стекирования

Один из главных плюсов стека является его недостатком. Если отключается master-коммутатор, через который происходит управление стеком, могут пострадать все остальные коммутаторы.

Возможны и другие сценарии. Например, если в стеке четное количество коммутаторов, то при обрвые одного из линков стек может разбиться пополам. В результате стек не может определить новый master коммутатор и полностью отключается.

При использовании специальных портов (1-й способ объединения в стек) требуется применять специальные кабели. Такие кабели могут различаться в зависимости от физического размера стека. Например, чтобы соединить нулевой коммутатор с «верхним», нужен кабель большей длины, чем для линка между первым и вторым устройствами. Вдобавок стек-кабели толстые, и их сложно монтировать в стойках.

Также нельзя обновить только один коммутатор, входящий в стек. Нужно обновлять все устройства. Стекирование не допускает объединение коммутаторов с разными версиями софта. Однако в моделях некоторых производителей процесс обновления оптимизирован.

Кластирование

Кластер это группа сетевых устройств, которые могут управляться одним командным устройством (администратором) для решения задачи централизованного управления. При этом каждое устройство, входящее в кластер имеет собственный IP-адрес и MAC-адрес. Для создания кластера и реализации централизованного управления существуют определенные процедуры и инструменты. Для реализации механизма централизованного управления устройствами, входящими в кластер, необходимо использовать специальное программное обеспечение.

Таким образом, функция стекирования и функция создания кластера имеют разные принципы реализации и не являются взаимозаменяемыми.

Локальные сети

Локальная сеть (LAN) это объединение компьютеров и других сетевых устройств между собой в выделенном пространстве (в офисе, служебном помещении или строении). Сетевые устройства могут обмениваться информацией и ресурсами без необходимости подключения к внешней сети. Локальная сеть упрощает жизнь и работу, позволяя экономить время и ресурсы. Благодаря ей, можно быстро обмениваться информацией, работать над проектами и использовать общее оборудование. Локальная сеть это важная часть современной жизни, как в офисе, так и дома.

Топология локальных сетей

Когда речь идет о сетях, в которых компьютеры и другие устройства взаимодействуют друг с другом, одним из ключевых понятий является топология сети.

Топология сети — это способ, которым соединены устройства в сети. Иначе говоря, это конфигурация и структура связи между компьютерами, принтерами, роутерами и другими сетевыми устройствами. Топологию можно сравнить со схемой метро или картой дорог: различные станции (устройства) соединены линиями (кабелями, радиосигналами и т.д.). От того, как именно связаны эти устройства, зависит, как информация будет передаваться по сети.

Виды топологий локальных сетей

Шина (Bus)

Представляет собой одну длинную линию, к которой подключены все устройства, как кабель с множеством ответвлений.

Преимущества: простота и экономичность сетевой структуры.

Недостатки: если кабель поврежден в одном месте, вся сеть перестает работать. Увеличение числа подключенных устройств замедляет работу всей сети.

Виды топологий локальных сетей

Звезда (Star)

Каждый компьютер и устройство подключены к центральному узлу или коммутатору.

Преимущества: если одно устройство выйдет из строя, остальные продолжат работать. Легко добавлять новые устройства.

Недостатки: если центральный узел выйдет из строя, вся сеть перестанет работать.

Виды топологий локальных сетей

Кольцо (Ring)

Устройства соединены по кругу, и данные передаются по круговому маршруту.

Преимущества: порядок передачи данных делает эту сеть эффективной.

Недостатки: если одно соединение разрывается, вся сеть выходит из строя.

Виды топологий локальных сетей

Ячеистая или полносвязная структура (Mesh)

Каждый компьютер подключен ко всем остальным. Можно представить это как паутину, где каждый узел соединен с несколькими другими.

Преимущества: максимальная надежность. Даже при выходе одного из соединений все остальные продолжают функционировать.

Недостатки: дороговизна и сложность установки.

Виды топологий локальных сетей

Древовидная (Tree)

Похоже на несколько топологий «звезда», связанных между собой. Есть «корень» и «ветки».

Преимущества: подходит для больших сетей. Легко управлять и расширять.

Недостатки: если одно из основных соединений прерывается, затронуты будут сразу несколько устройств.

Значение топологии локальных сетей

Эффективность передачи данных

Правильная топология позволяет передавать данные быстро и эффективно. По аналогии с дорогами: если выбрать короткий и свободный маршрут, вы достигнете цели быстрее.

Надёжность

Некоторые топологии обеспечивают высокую надежность сети. Например, в ячеистой топологии (Mesh), если один кабель выйдет из строя, данные смогут передаваться через другие маршруты.

Управляемость и масштабируемость

Сети должны расти и изменяться вместе с вашими потребностями. Хорошо спроектированная топология сети позволяет легко добавлять новые устройства и модернизировать оборудование.

Экономия средств

Выбор правильной топологии может сэкономить деньги. Например, в топологии «шина» требуется меньше кабелей, чем в топологии ячеистой, что может существенно уменьшить затраты. Однако иногда лучше вложиться в более дорогую сетевую структуру, чтобы избежать проблем в будущем.

Выбор топологии локальных сетей

При построении новой сети или обновлении текущей, важно выбрать правильную схему коммуникации для ваших устройств. Прежде всего, следует понять, что именно требуется от сети. Ниже приведены вопросы, которые помогут определить эти требования.

- Сколько устройств планируется подключить к сети;

- Какие типы устройств будут подключены (компьютеры, принтеры, серверы и т.д.);

- Какими объемами данных эти устройства будут обмениваться данными между собой;

- Насколько высоки требования к надежности и безопасности сети.

После изучения вариантов можно принять решение, какая топология лучше всего подходит для ваших потребностей:

-«Шина» подходит для небольших сетей с ограниченным бюджетом;

- «Звезда» подходит для средних и больших сетей, где важна надежность;

- «Кольцо» подходит для сетей, где данные передаются в определенном порядке;

- «Ячеистая» годится для критически важных сетей, где требуется высокая надежность;

- «Древовидная» хорошо масштабируется и подходит для сетей с разными уровнями важности устройств.

Протокол STP

Spanning Tree Protocol (STP, протокол покрывающего дерева) — канальный протокол. Основной задачей STP является устранение петель в топологии произвольной сети Ethernet, в которой есть один или более сетевых мостов, связанных избыточными соединениями. STP решает эту задачу, автоматически блокируя соединения, которые в данный момент для полной связности коммутаторов являются избыточными.

Необходимость устранения топологических петель в сети Ethernet следует из того, что их наличие в реальной сети Ethernet с коммутатором с высокой вероятностью приводит к бесконечным повторам передачи одних и тех же кадров Ethernet одним и более коммутатором, отчего пропускная способность сети оказывается почти полностью занятой этими бесполезными повторами; в этих условиях формально сеть может продолжать работать, на практике её производительность становится настолько низкой, что может выглядеть как полный отказ сети.

STP относится ко второму уровню модели OSI. Протокол описан в стандарте IEEE 802.1D, выработанным рабочей группой IEEE 802.1 по межсетевому взаимодействию. Основан на одноимённом алгоритме, который разработала Радья Перлман (англ. Radia Perlman). Алгоритм остовного дерева позволяет по мере необходимости автоматически отключать передачу через мост в отдельных портах (блокировать порты коммутатора), чтобы предотвратить зацикливание в топологии маршрутов пересылки пакетов. Для использования алгоритма остовного дерева в сетевом мосте никакой дополнительной настройки не требуется.

Разновидности протокола STP

С момента создания исходного стандарта IEEE 802.1D было разработано несколько разновидностей протоколов STP. К разновидностям протоколов STP относятся следующие:

STP это исходная версия IEEE 802.1D, которая предотвращает формирование петель в топологии сети с резервными каналами. Общий протокол spanning-tree (CST): предполагает использование только одного экземпляра протокола spanning-tree для всей сети с мостовым соединением независимо от количества сетей VLAN.

PVST+ является усовершенствованным протоколом компании Cisco, в котором для каждого отдельного VLAN используется отдельный экземпляр RSTP.

802.1D-2004 обновленная версия стандарта STP, в которую входит IEEE 802.1w.

RSTP или IEEE 802.1w - быстрый протокол STP доработанный протокол STP, который обеспечивает более быстрое схождение, чем протокол STP.

Rapid PVST+ усовершенствованный корпорацией Cisco протокол RSTP, который использует PVST+. Rapid PVST+ предоставляет отдельный экземпляр 802.1w для каждой сети VLAN.

MSTP (Multiple STP) это стандарт IEEE на базе ранней реализации собственного протокола Cisco с несколькими экземплярами — Multiple Instance STP (MISTP). MSTP сопоставляет несколько сетей VLAN в пределах одного экземпляра протокола spanning-tree. Реализация Cisco протокола MSTP, которая обеспечивает до 16 экземпляров протокола RSTP и объединяет множество сетей VLAN с идентичной физической и логической топологией в один общий экземпляр RSTP.

Виды портов протокола STP

Протокол Spanning Tree (STP) обеспечивает отсутствие петель в топологии любой сети. Помимо предотвращения петель, STP изолирует угрозу от широковещательного шторма в сетях на втором уровне модели OSI (L2). В рамках протокола Spanning Tree существует 3 вида портов.

- Корневой порт (root port)

- Выделенный порт (designated port)

- Блокированный (альтернативный порт)

Статусы портов протокола STP

BPDU (Bridge Protocol Data Unit) это фреймы, необходимые для обмена сообщениями между коммутаторами для выбора корневого (root) устройства в рамках механизма протокола STP (Spanning Tree Protocol).

Порт коммутатора может находиться в различных статусах, в зависимости от результата сходимости Spanning Tree:

Блокирован - порт находится в статусе блокировки. Это означает, что порт не участвует в приеме и пересылке фреймов. Все BPDU сообщения от соседних коммутаторов исключаются.

Слушает – коммутатор все еще не участвует в процессе передачи фреймов с данными, но получает и отправляет сообщения BPDU.

Учится – в данном состоянии порт начинает фиксировать MAC – адреса устройств.

Пересылка – порт в состоянии пересылки, коммутатор может отправлять и принимать фреймы BPDU параллельно с заполнением таблицы MAC - адресов.

Выключен – порт выключен администратором.

Этапы работы протокола STP

- Выбор «корневого» (root) коммутатора.

- Выбор «корневого» (root) порта.

- Выбор «назначенного» (designated) порта.

- Блокировка остальных портов в рамках алгоритма STP.

До запуска алгоритма Spanning Tree:

Этапы работы протокола STP

Выбор корневого коммутатора

Коммутатор с наименьшим идентификатором (ID) выбирается как корневое устройство. Идентификатор коммутатора (switch ID) состоит из следующих компонентов:

• Номер приоритета
• MAC – адрес коммутатора

(пример: 24577.00:00:00:00:00:01 / Приоритет. MAC – адрес)

В процессе выбора корневого коммутатора, первым делом сравнивается приоритет. Если у двух коммутаторов одинаковых приоритет, то выбор базируется на MAC – адресе устройства.

Этапы работы протокола STP

Выбор корневого порта

Корневой порт выбирается на основании наименьшей «стоимости» пути к корневому коммутатору. Стоимость пути определяется из стоимости линков, ведущих к корневому коммутатору. Важно отметить:

- Корневые порты назначаются только на не корневых коммутаторах.

- Один не корневой коммутатор может иметь только один корневой порт.

Этапы работы протокола STP

Выбор назначенного порта

Порт коммутатора, который имеет кратчайший путь к корневому коммутатору – называется «назначенным».

• Каждый сегмент (путь) имеет свой назначенный порт.
• Назначенные порты определяются на всех коммутаторах (корневых и нет).

Если два порта имеют одинаковую стоимость, сначала учитывается идентификатор устройства (Bridge ID), а затем идентификатор порта (Port ID).

Все остальные порты переходят в альтернативный статус и блокируются.

Финальная топология:

Протокол ERPS

Протокол ERPS (Ethernet Ring Protection Switching) предназначен для повышения устойчивости и надежности сети передачи данных, имеющей кольцевую топологию, за счет снижения времени восстановления сети в случае аварии. Время восстановления не превышает 1 секунды, что существенно меньше времени перестройки сети при использовании протоколов семейства spanning tree.

Протокол ERPS позволяет осуществлять резервирование канала на втором уровне модели OSI путем физического создания петель и их логической блокировки. В каждом кольце выбирается R-APS VLAN, в котором будет ходить служебный трафик ERPS.

Трафиковые VLAN’ы, которые нужно защищать от петель и разрывов, объединяются в MST-инстансы и называются protected VLAN. Также для каждого порта в кольце выбирается 1 из 3 возможных ролей: RPL owner, RPL neighbour или common. RPL owner должен быть 1 на кольцо и именно он при нормальных условиях должен выполнять блокировку петли и разблокировку канала в случае разрыва. RPL neighbour должен находиться с другой стороны линка от RPL owner и также может участвовать в блокировке/разблокировке канала.

Common-порт, как можно судить по его названию, просто обычный порт, входящий в состав кольца и через который ходит служебный трафик в R-APS VLAN’е. Время сходимости должно составлять не более 50 мс при наличии в кольце не более 16 узлов.

Также в настоящий момент в ERPS существует возможность выбора, будет кольцо revertive или non-revertive. В первом случае при восстановлении канала порт RPL-owner снова станет заблокированным и сбойный линк - рабочий, т.е. кольцо, вернется в исходное состояние. В случае если кольцо non-revertive, то возвращения в исходное состояние не произойдет.

Различие протоколов ERPS и STP

Протокол ERPS и семейство протоколов STP решают аналогичную задачу резервирования, но имеют разные возможности. Для применения ERPS нужна специальная топология – кольцевая (нужны именно кольца или полукольца). Протокол STP можно применить к любой топологии с любым количеством резервируемых линков (но существует ограничение по количеству узлов). Также у протокола ERPS отличается механизм падения линка.

Вторым отличием протоколов является быстродействие. Время сходимости для STP составляет порядка 50 секунд, для RSTP - примерно 1-2 секунды, а для ERPS - 50 мс и это существенная разница.

Основные алгоритмы работы ERPS

Штатная работа

Когда разрывов в кольце нет, то по нему ходят сигнальные сообщения "No Request". В данном режиме порт RPL(Ring Protection Link) owner заблокирован. Значение "Node State" в состоянии "IDLE".

Разрыв линка между RPL common

В данном случае коммутаторы, которые обнаружили падение линка, после истечения "Hold Off Timer"(Отложенный таймер) посылают пакеты "Signal Failing"(Сбой Сигнала). Коммутаторы, получившие пакет "Signal Failing", выполняют очистку таблицы MAC-адресов. Когда коммутаторы, на которых находятся RPL owner и RPL neighbour получают пакет "Signal Failing", они разблокируют указанные порты и также выполняют очистку таблицы MAC-адресов. Затем коммутаторы получают второй "Signal Failing"(от второго коммутатора, который зафиксировал падение линка) и снова выполняют очистку таблицы MAC-адресов. Значение "Node State"(Состояние узла) в состоянии "PROTECTION".

Восстановление линка между RPL common

Как только коммутаторы обнаруживают восстановление линка, они запускают "Guard Timer" и начинают посылать пакеты "No Request". Коммутаторы, получившие пакет "No Request", выполняют очистку таблицы MAC-адресов. Коммутатор, на котором находится RPL owner, запускает таймер "WTR (Wait-to-Restore) Timer". После того, как истечет таймер "Guard Timer" один из двух коммутаторов, который зафиксировал восстановление линка, получит сообщение No Request c Node ID больше, чем свои, и разблокирует порт, который восстановился. В данном моменте времени состояние кольца будет "PENDING". Если значение "revertive mode" установлено в "revertive", то после истечения таймера "WTR Timer" коммутатор, один из портов которого RPL owner, посылает пакет "No request, RPL blocked" и блокирует порт RPL owner. После чего второй из коммутаторов, который обнаружил восстановление линка, разблокирует свой порт и кольцо вернется в исходное состояние "IDLE".

Основные алгоритмы работы ERPS

Разрыв линка между RPL owner и RPL neighbour

В случае разрыва линка между портами RPL owner и RPL neighbour коммутаторы начинают рассылать пакет "Signal Failing, Do not Flush"(При получении сигнала не выполняйте сброс), при получении которого остальные коммутаторы не будут сбрасывать таблицу МАС-адресов. Состояние кольца в данном случае будет "PROTECTION".

Восстановление линка между RPL owner и RPL neighbour

Алгоритм восстановления в данном случае напоминает ситуацию восстановления канала между RPL common, за тем исключением, что в данном случае выставляется флаг "Do Not Flush" и коммутаторы не сбрасывают таблицу МАС-адресов.

Основные алгоритмы работы ERPS

Детектирование падения линка

Обнаружить падение линка можно в двух случаях. Первый и наиболее распространенный - это падение физического интерфейса. Для того чтобы падение отрабатывалось штатно, нельзя ставить в кольце два идущих подряд коммутатора, на которых не настроен ERPS.

Второй, и наиболее эксклюзивный способ - это настройка механизма CFM (connectivity fault management). Этот протокол позволяет настроить мониторинг от "точки до точки" на уровне L2 с помощью CCM-пакетов, которые отправляются с заданной периодичностью. Таким образом, появляется таймер, в течение которого отсутствие прихода CCM-пакета позволяет сделать вывод о разрыве канала и включить режим защиты в протоколе ERPS.

Одной из интересных особенностей ERPS является тот факт, что, несмотря на постоянное присутствие в канале пакетов NR (no request), при их не получении портом RPL owner, этот порт не будет предпринимать никаких действий по включению защитного механизма ERPS.

Протокол EAPS

Протокол EAPS (Ethernet Automatic Protection Switching) предназначен для поддержки топологии, исключающей зацикливание трафика, и её перестроение в случае нарушений в кольцевых сетях Ethernet на первом-втором уровне сетевой модели OSI.

Главный узел конфигурируется с первичным и вторичным портом. Главный узел передает пакеты обнаружения кольца через управляющую VLAN через основной порт. Если вторичный порт получает пакеты, он проверяет, что топология кольцевой сети завершена. Неполная топология, все транзитные порты в кольце находятся в состоянии пересылки, передавая помеченный трафик данных через VLAN данных и управляющее сообщение EAPS через управляющую VLAN. Однако вторичный порт на главном узле логически заблокирован для этого помеченного трафика данных, чтобы предотвратить циклы. Когда между двумя узлами возникает ошибка связи, они немедленно передают обратную связь главному узлу через управляющую VLAN. Затем главный узел удаляет состояние блокировки вторичного порта, чтобы трафик данных проходил по кольцу без прерывания.

Различия протоколов ERPS и EAPS

- С помощью механизма автоматического обнаружения ERPS не нужно настраивать тип узла вручную, тогда как роль каждого узла в EAPS должна быть указана пользователем посредством настройки.

- С помощью механизма автоматического обнаружения ERPS не нужно настраивать тип узла вручную, тогда как роль каждого узла в EAPS должна быть указана пользователем посредством настройки.

- В отличие от главного узла EAPS, владелец RPL не будет проверять полноту кольца Ethernet положительно и непрерывно, а также не будет контролировать MAC-адреса других узлов.

- ERPS не нужно различать VLAN управления и VLAN данных, как это делает EAPS.

- ERPS позволяет пользователю перевести кольцо в нерабочее состояние для обслуживания, а затем восстановить кольцо вручную.

AAA – платформа или общее название процессов, связанных с обеспечением защиты данных в информационных системах. AAA - это основанная на стандартах платформа, используемая для контроля того, кому разрешено использовать сетевые ресурсы (посредством аутентификации), что они уполномочены делать (посредством авторизации) и фиксировать действия, выполняемые при доступе к сети (посредством учета).

Основные компоненты AAA:

- Authentication (аутентификация) - сопоставление персоны (запроса) и существующей учётной записи в системе безопасности. Осуществляется по логину, паролю, сертификату, смарт-карте и т.д.

- Authorization (авторизация, проверка полномочий, проверка уровня доступа) - сопоставление учётной записи в системе (и персоны, прошедшей аутентификацию) и определённых полномочий (или запрета на доступ).

- Accounting (учёт) - слежение за потреблением ресурсов (преимущественно сетевых) пользователем. В accounting включается также и запись фактов получения доступа к системе (англ. access logs).

Основные протоколы AAA:

- RADIUS - протокол клиент-сервер, который позволяет серверам удалённого доступа общаться с центральным сервером для аутентификации.

- TACACS+ - Протокол удалённой аутентификации, который позволяет серверу удалённого доступа общаться с сервером аутентификации для проверки пользователя.

- DIAMETER. Протокол, который обычно используется только мобильными операторами.

Протокол RADIUS

RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Service) — это сетевой протокол, который обеспечивает централизованную аутентификацию, авторизацию и учёт пользователей AAA (Authentication, Authorization, and Accounting). Он использует протокол транспортного уровня UDP и описан в стандартах и .

Основные функции протокола:

• Аутентификация — процесс проверки подлинности пользователя.
• Авторизация — процесс предоставления пользователю прав на выполнение действий.
• Учёт — процесс записи информации об использовании ресурсов пользователем.

RADIUS определяет, может ли пользователь получить доступ к локальной или удалённой сети. Затем устанавливает, какие привилегии разрешены пользователю. После записывает активность пользователя во время подключения к ресурсу. Особенность RADIUS в том, что он собирает эти функции в сетевой инфраструктуре организации. Используется, например, при аутентификации пользователей WiFi, VPN и других подобных случаях.

Работа протокола RADIUS

Протокол RADIUS использует модель клиент-сервер. Важно различать протокол, клиент и сервер RADIUS:

- Протокол обеспечивает взаимодействие между сервером и клиентом.

- Сервер отвечает за приём клиентских запросов, проверку подлинности пользователей и возврат клиенту обработанной информации.

- Клиент — NAS (Network Access Server), устройство, которое требует аутентификацию. Сервером сетевого доступа может быть виртуальная частная сеть (VPN, Virtual Private Network), беспроводная точка доступа или другие сетевые устройства.

Детали работы протокола RADIUS

Чтобы получить доступ к ресурсу, пользователь отправляет запрос клиенту RADIUS. В запросе пользователь предоставляет свою идентификационную информацию.

Когда клиент принимает эти данные, он начинает процесс идентификации: создаёт пакет Access-Request (запрос доступа), который содержит имя пользователя, пароль, идентификатор клиента и порта. RADIUS-сервер проверяет учётные данные пользователя и корректность информации.

Затем сервер отправляет клиенту ответ. Тип ответа зависит от результата проверки:

Access-Reject: пользователю не разрешён доступ.

Access-Accept: пользователю разрешён доступ.

Access-Challenge: запрос дополнительной информации от пользователя, например, второй пароль или OTP-код.

Пример использования RADIUS

• Сотрудник запрашивает доступ на подключение к корпоративной сети.
• Клиентское устройство отправляет запрос к RADIUS-серверу — разрешён ли сотруднику доступ к определённому ресурсу.
• RADIUS-сервер проверяет личность пользователя, с помощью локальной базы данных, либо делегирует информацию поставщику удостоверений.
• Сервер возвращает информацию клиенту, что доступ пользователю предоставлен или запрещён.

Способы аутентификации

Протокол RADIUS не шифрует пакеты при обмене данными между клиентом и сервером. Но шифрует пароли. RADIUS поддерживает следующие протоколы аутентификации:

PAP (Password Authentication Protocol, аутентификация по паролю) — простой протокол проверки. Пароль шифруется с помощью общего секрета в пакете RADIUS.

CHAP (Challenge-Handshake Authentication Protocol, аутентификация с косвенным согласованием) — протокол использует механизм «вызов-ответ» и защищает пароль от перехвата. Сервер отправляет клиенту случайное значение — вызов, который содержит в себе открытый ключ. Клиент перенаправляет значение, вычисленное на основе секрета и открытого ключа, на сервер. На стороне сервера происходит сравнение результатов. Если значения совпадают, то проверка подлинности считается успешной.

EAP (Extensible Authentication Protocol), протокол расширенной проверки подлинности) — гибкий протокол, который поддерживает множество методов проверки подлинности: пароли, сертификаты, токены.

Чтобы добавить дополнительный уровень безопасности, можно объединить доступ по паролю с двухфакторной аутентификацией.

Двухфакторная аутентификация

Работа двухфакторной аутентификации в связке с RADIUS происходит в следующей последовательности:

• Сотрудник вводит учётные данные — имя пользователя и пароль в качестве первого фактора для получения доступа к корпоративной сети.
• Клиентское устройство отправляет запрос на аутентификацию к RADIUS-серверу.
• RADIUS-сервер отправляет данные, например, службе каталогов Active Directory.
• Если данные совпадают, RADIUS-сервер перенаправляет запрос на проверку второго фактора. В случае , сервер отправляет имя пользователя в API Kontur.ID.
• API отправляет уведомление на устройство сотрудника для подтверждения входа.
• Сотрудник подтверждает второй фактор.
• Если проверка второго фактора успешна, то сотрудник получает доступ к корпоративной сети.

Сочетания двух факторов аутентификации добавляет дополнительный уровень безопасности.

Недостатки протокола RADIUS

- Недостаточный уровень безопасности в некоторых реализациях. В случае использования нескольких промежуточных серверов RADIUS все они имеют возможность просматривать передающиеся через них аутентификационные данные - сертификаты и пароли.

- RADIUS, по крайней мере в его основной редакции, не имеет возможности отзыва ресурсов после того как авторизация была произведена. В некоторых случаях эта проблема решается производителем RADIUS-сервера самостоятельно.

- RADIUS это протокол без поддержки состояний. Он не сохраняет транзакционную информацию и не использует её в следующих сеансах.

- RADIUS имеет не всегда достаточный уровень масштабируемости.

Протокол TACACS+

Протокол TACACS+ (Terminal Access Controller Access Control System plus) —сеансовый протокол, разработан компанией Cisco и является развитием прошлых версий TACACS и XTACACS. Несмотря на схожесть названий, TACACS+ был сильно видоизменен и не имеет обратной совместимости с TACACS, который сейчас практически нигде не применяется. Основная сфера использования TACACS+ – это администрирование сетевых устройств, однако он может применяться для некоторых типов AAA при доступе в сеть.

Основные функции протокола:

• Аутентификация — процесс проверки подлинности пользователя.
• Авторизация — процесс предоставления пользователю прав на выполнение действий.
• Учёт — процесс записи информации об использовании ресурсов пользователем.

TACACS + использует Transmission Control Protocol (TCP) порт 49, а не UDP, так как он обладает большей надежностью и позволяет заранее получать информацию о потенциальных ошибках благодаря пакету TCP-RST. ТСP более медленный протокол, но обладает дополнительными преимуществами: возможность разделения аутентификации, авторизации и учета в качестве отдельных и независимых функций, множественная авторизация после одной аутентификации, шифрование всего содержимого пакета.

Основные характеристики RADIUS и TACACS+

Недостатки протокола TACACS+

При использовании протокола TACACS+ между клиентом и сервером не может быть брандмауэра, так как сервер должен получить запрос от клиента с его IP-адресом, а не с адресом брандмауэра. У RADIUS IP-адрес клиента содержится еще и в самом пакете, что позволяет ААА-серверу получить его оттуда.

Основные различия RADIUS и TACACS+

Основные различия сводятся к тому, что TACACS+ шифрует все содержимое пакета, оставляя только простой заголовок. Такой способ защищает от злоумышленников, которые прослушивают сообщения, передаваемые между устройствами. Также TACACS+ реализует функции AAA раздельно, что позволяет вынести каждую из них на отдельный сервер или даже использовать другой протокол (не TACACS+).

С сервером TACACS+ возможно реализовать управление командами с применением уровней доступа (которые далее настраиваются на самих устройствах). RADIUS позволяет частично реализовать эту возможность, но не так хорошо и гибко, как TACACS+.

Какой протокол для ААА-сервера использовать, необходимо выбирать в зависимости от задачи. Если это администрирование устройств, то TACACS+ станет лучшим вариантом, а если доступ к сети, то более универсальный и быстрый – RADIUS.

Режим антизависания в коммутаторах позволяет автоматически перезагружать внешние сетевые РоЕ устройства, которые перестали передавать данные или отвечать на запросы.

Одна из наиболее часто возникающих проблем при эксплуатации IP-видеосистем – т.н. зависание IP-камер (перестают поступать данные с камер). В рабочее состояние камеру можно вернуть, только перезапустив её путем временного отключения питания. У некоторых моделей коммутаторов есть опция, активация которой позволяет делать перезапуск по питанию PoE-устройств автоматически.

Данный режим у разных производителей может называться по разному: PoE Auto-Check, PoE WatchDog, PD Alive, PD Query но при этом принцип работы и назначение функции не меняется. Также в разных типах коммутаторов (управляемых и неуправляемых) реализация режима может отличаться.

Режим антизависания в неуправляемых коммутаторах

В неуправляемых коммутаторах при включении функции антизависания, начинает отслеживается трафик, проходящий через порты. Если через какой-либо порт перестают проходить данные (камера зависла), коммутатор отключает, а затем возобновляет подачу питания РоЕ на этом порту. Как правило, подача питания прерывается однократно на несколько секунд.

Для активации режима антизависания в неуправляемых коммутаторах обычно предусмотрен специальный переключатель. Например, в коммутаторе OSNOVO SW-60803/I режим антизависания можно включить или отключить переключателем PoE Auto-Check On/Off.

Режим антизависания в управляемых коммутаторах

В управляемых коммутаторах при включении функции антизависания с определённой периодичностью начинают отправляются запросы на подключённое оборудование. Если ответ от устройства не будет получен, на порту, к которому подключена зависшая камера, производится отключение, а затем возобновление подачи питания РоЕ.

Управление режимом антизависания через web-интерфейс

В управляемых коммутаторах режим антизависания включается через web-интерфейс, так же имеется возможность активировать функцию только на определенных портах. Кроме того, web-интерфейс позволяет производить гибкие настройки режима антизависания.

Подраздел PD Query Configuration настройки режима антизависания web-интерфейса коммутатора OSNOVO SW-80802/L(150W) находится в разделе управления подачей РоЕ к подключенным устройствам.

В меню данного коммутатора предоставлены следующие возможности настройки работы режима антизависания:

- Выбор порта с РоЕ;

- Ввод IP подключенного устройства;

- Выбор периода передачи запросов к подключенному устройству;

- Количество запросов устройству оставленных без ответа;

- Время, отведенное на перезагрузку устройства.

Меню настройки режима антизависания

Расстояние проводного подключения

Проводное подключение к сети Ethernet имеет ограничение длины каждого сегмента кабеля в 100 метров. Превышение допустимой длины приводит к перебоям в передаче данных из-за затухания сигнала.

Локальные вычислительные сети (LAN) разрабатывались таким образом, чтобы все конечные устройства находились в пределах 100 метров от телекоммуникационного помещения/комнаты/узла (TR) в соответствии с отраслевыми стандартами кабельной разводки. Пользователи современных локальных сетей обычно сталкиваются с ситуациями, когда подключенное конечное устройство находится слишком далеко от ближайшего TR, что негативно отражается на передаче данных.

Один из стандартных вариантов для подключения устройств на расстоянии более 100м — использование медных кабелей с витой парой. Однако в отраслевых стандартах присутствует неоднозначность в отношении расстояний, которые медные кабели с витой парой могут надежно поддерживать при различных скоростях передачи и мощности питания РоЕ. Для построения сети, в которой устройства находятся за пределами 100м, следует понимать ключевые моменты, плюсы и минусы задействованных технических решений.

Кабельные стандарты

Телекоммуникационные стандарты ANSI/TIA-568 определяют минимальные требования к производительности структурированных кабельных систем в зданиях для поддержки различных типов подключения (например, Ethernet, Power over Ethernet (PoE), HDBase-T, DSL и т.д.). В стандартах ANSI/TIA-568 уже давно указано ограничение расстояния в 100м для канала из кабелей медной витой парны, который состоит из постоянной линии 90 м длины и патч-кордов суммарной длиной 10 м. Ограничение расстояния в 100м, указанное в отраслевых кабельных стандартах, переходило из поколения в поколение медных кабелей витой пары, от категории 3, способной поддерживать скорость передачи данных до 10 Мбит/с, до категории 6A, поддерживающей скорость в 10 Гбит/с.

Варианты подключения и питания устройств на расстоянии более 100м, соответствующие стандартам кабельной разводки, включают добавление нового телекоммуникационного узла (TR), использование децентрализованного удлинителя, подключение устройства оптоволоконным кабелем с отдельной подачей питания или использование технологии Power over Ethernet (PoE) для передачи данных и питания, повышают эффективность использования сетевых устройств. Каждый из этих вариантов, основанных на стандартах, имеет свои плюсы и минусы.

Варианты увеличения расстояния передачи данных

Добавление нового узла (TR)

Один из вариантов подключения устройств за пределами 100м — добавить еще один телекоммуникационный узел (TR). Преимущества добавления еще одного телекоммуникационного узла (TR) включают в себя централизованное управление и возможность поддерживать скорость до 10 Гбит/с и обеспечивать мощность PoE до 90Вт. Недостатки такого решения - стоимость добавления нового узла TR, необходимость установки дополнительного оборудования, организации охлаждения, подачи питания и обслуживания.

Варианты увеличения расстояния передачи данных

Использование сетевого удлинителя

Установка удлинителя Ethernet в кабельной линии — ещё один вариант подключения удаленных устройств. Он обходится гораздо дешевле, чем добавление телекоммуникационного узла (TR). Такие удлинители используют существующую медную витую пару и, в зависимости от устройства, могут поддерживать высокую скорость и мощность РоЕ до 90Вт. Однако некоторым удлинителям требуется дополнительное питание, что увеличивает расходы. Использование удлинителя в сети также добавляет потенциальную точку отказа и препятствует централизованному управлению, что может сделать поиск и устранение неисправностей и обслуживание более сложным и дорогостоящим.

Зависимость мощности РоЕ от расстояния

Подключение через оптоволокно (ВОЛС)

Надёжный способ увеличения расстояния до устройств в локальной сети – использование ВОЛС. Согласно стандартам TIA, многомодовый оптоволоконный кабель OM3 или OM4 может поддерживать скорость до 10 Гбит/с на расстоянии около 300 м или 1000 Мбит/с на расстоянии около 550 м. Хотя оптоволокно является идеальным решением для больших расстояний, стоимость оборудования ВОЛС трудно оправдать при подключении нескольких устройств расположенных на 10 или 20 метров дальше предельных 100м от телекоммуникационного узла. Кроме того, не многие конечные устройства, доступные на рынке, оснащены оптическими интерфейсами. Поэтому для подключения устройства часто требуется оптический медиаконвертер. Медиаконвертеры с PoE предлагают преимущество подачи питания через Ethernet на устройство, но использование ВОЛС с медиаконвертерами стоит довольно дорого. Как и удлинители Ethernet, медиаконвертеры PoE также требуют отдельного питания и являются дополнительными точками отказа.

Использование специального режима в коммутаторах

Несмотря на то, что данный способ не соответствует стандартам ANSI/TIA-568, наиболее выгодным в финансовом плане решением для подключения устройств, расположенных на расстоянии более 100м, является простое удлинение медного кабеля с витой парой. Этот подход не требует дополнительного места или оборудования и не создает дополнительных ток отказа.

Для использования соединительного кабеля витой пары длиной до 250м во многих моделях современных коммутаторах предусмотрен специальный режим увеличения расстояния передачи данных. Такой режим облегчает устранение неполадок, техническое обслуживание, а также поддерживает эффективную удалённую подачу питания через PoE непосредственно с коммутатора с поддержкой PoE.

Недостатком данного режима является ограничение скорости передачи данных до 10 Мбит/с и снижение максимальной мощности РоЕ, передаваемой на подключенное устройство.

Режим увеличения расстояния передачи данных в неуправляемых коммутаторах

Для активации режима увеличения расстояния передачи данных в неуправляемых коммутаторах обычно предусмотрен специальный переключатель, отвечающий за режимы работы коммутатора. Например, в коммутаторе OSNOVO SW-80402-I режим увеличения расстояния передачи данных можно включить перемещением переключателя режимов работы в положение Extend.

Режим увеличения расстояния передачи данных в управляемых коммутаторах

В управляемых коммутаторах режим увеличения расстояния передачи данных обычно активируется автоматически при подключении порта к линии длиной от 100 до 250м. Также имеется возможность включать данный режим в ручную через web-интерфейс коммутатора и активировать функцию только на определенных портах.

Подраздел Common Configuration настройки режима работы портов web-интерфейса коммутатора OSNOVO SW-72402/L2 находится в разделе управления портами Port configuration.

В меню данного коммутатора предоставлена возможность настройки скорости работы каждого порта. Пользователь может менять скорость передачи данных, включать или отключать тот или иной порт, просматривать базовую информацию.

При выборе скорости порта 10 Мбит/с, автоматически активируется режим увеличения расстояния передачи данных на расстояние до 250м.

Назначение УК

Уличные коммутаторы OSNOVO — специализированное сетевое оборудование для построения и расширения Ethernetсетей в сложных условиях эксплуатации: на улице, в неотапливаемых промышленных помещениях, зонах с высокой влажностью или запылённостью.

Основные задачи

Уличные коммутаторы решают следующие задачи:

• Обеспечение сетевого подключения в условиях, где стандартное офисное оборудование выходит из строя;
• Организация связи между территориально распределёнными объектами (камеры видеонаблюдения, датчики, контроллеры);
• Создание промежуточных узлов сети на открытых участках (парковки, территории предприятий, городские улицы);
• Подключение периферийных устройств к основной сети без прокладки оптоволоконной линии до каждого объекта;
• Поддержка PoE для питания IPкамер, точек доступа WiFi, датчиков и другого оборудования через Ethernetкабель.

Состав уличных коммутаторов

Внешний вид уличного коммутатора

В состав уличного коммутатора входят следующие компоненты:

- Герметичный корпус с гермовводами (IP66)

- Промышленный коммутатор

- Оптический кросс

- Промышленный блок питания

Герметичный корпус с гермовводами (IP66) обеспечивает защиту коммутатора от внешних воздействий.

Промышленный коммутатор обеспечивает работу в широком диапазоне температур -40...+50 °С (за счет использования в устройстве высоконадежных комплектующих с расширенным диапазоном температур).

Промышленный блок питания питает коммутатор. БП имеет защиту от перегрузок, коротких замыканий и скачков напряжения, поддерживает диапазон входного напряжения 195-265В / 50Гц.

Оптический кросс обеспечивает подключение к волоконно-оптической линии.

Варианты исполнения

Уличные коммутаторы OSNOVO представляют собой завершённые устройства с широким спектром встроенного оборудования и возможностью комплектования опциональными устройствами.

Корпус – в зависимости от модели и комплектации уличный коммутатор может иметь разные габаритные размеры корпуса. Также корпус коммутатора может быть изготовлен из стали (с порошковой окраской) или высокопрочного поликарбоната. В некоторых моделях УК предусмотрено свободное место для размещения дополнительного оборудования.

Коммутатор – в уличных коммутаторах могут быть установлены промышленные коммутаторы с разным количеством портов и поддержкой различной мощности нагрузки РоЕ на портах. Кроме того, в ряде моделей УК применяются управляемые промышленные коммутаторы.

Блок питания – в уличных коммутаторах (в зависимости от модели применяемого коммутатора) устанавливаются промышленные блоки питания различной мощности. Бюджет РоЕ уличного коммутатора определяется максимальной мощностью установленного блока питания.

Резервное питание – ряд моделей уличных коммутаторов для обеспечения бесперебойной работы оборудованы резервным питанием. Основным элементом системы резервного питания является набор аккумуляторных батарей (АКБ).

Термостабилизация - ряд моделей уличных коммутаторов для повышения надежности работы оборудованы системой термостабилизации. Данная система состоит из обогревателя (нагревательный элемент) мощностью от 100 до 400 Вт в зависимости от типоразмера монтажного шкафа и термостата. Система обеспечивает поддержание определенного диапазона температур внутри корпуса уличного коммутатора.

Дополнительное оборудование – в зависимости от модели уличный коммутатор может быть укомплектован дополнительным оборудованием, как внешним, так и внутренним. Например: устройства защиты линий, светодиодный светильник, датчик вскрытия двери уличной станции, защитный козырёк, дополнительное крепление к стене или опоре.

Примеры моделей уличных коммутаторов

	SW-60812/W Уличный PoE коммутатор Порты: 6xFE с PoE (до 30W) + 2xFE с PoE (до 60W) + 1xGE + 2xGE SFP. Бюджет PoE до 240W. В комплекте оптическая розетка, КДЗС (2шт), пигтейлы SM SC/UPC (2шт). Автоматический выключатель. Корпус из поликарбоната. Класс защиты IP66. Питание AC195-265V. Размеры (ШхВхГ): 290x390x163мм. Рабочая температура: -40…+50°С.
	SW-80402-WL(port 90W) Уличный управляемый (L2+) PoE коммутатор. Порты: 4xGE с PoE (до 90W) + 2xGE SFP. Бюджет PoE до 240W. В комплекте оптическая розетка, КДЗС (2шт), пигтейлы SM SC/UPC (2шт). Корпус из поликарбоната. Класс защиты IP66. Питание AC195-265V. Размеры (ШхВхГ): 300x230x111мм. Рабочая температура: -40…+50°С.

Примеры моделей уличных коммутаторов

OS-34T1(SW-60812/I) Уличный коммутатор с термостабилизацией на базе уличной станции OSNOVO OS-33T1. Порты: 6xFE с PoE (до 30W) + 2xFE с PoE (до 60W) + 1xGE + 2xGE SFP. Бюджет PoE до 240W. Металлический шкаф. Класс защиты IP66. Питание AC195-265V. Размеры (ШxВxГ): 300х400х210мм. Рабочая температура: -50…+50°С, температура внутри станции -15…+55°С.

OSP-46TB1(SW-80822/ILR) Уличный управляемый (L2+) коммутатор с термостабилизацией и резервным питанием на базе уличной станции OSNOVO OSP-46TB1. Порты: 8xGE с PoE (до 30W) + 2xGE Combo (RJ45 + SFP). Пластиковый шкаф. Класс защиты IP66. Питание AC195-265V (БП DC48V, АКБ 48В(7Ач)). Размеры (ШxВxГ): 400х600х230мм. Оптический кросс, защитный козырёк. Рабочая температура: -60…+50°С, температура внутри станции 0…+55°С.

Назначение УС

Уличные станции (уличные шкафы) OSNOVO предназначены для установки оборудования, которое предполагается эксплуатировать вне помещений, в сложных климатических условиях или в неотапливаемых промышленных помещениях. Они защищают установленное в них оборудование от пыли, влаги, экстремальных температур и электромагнитных помех путем использования систем термостабилизации (обогрева и охлаждения) внутреннего пространства станции.

В уличные станции, по заказу клиента, может быть установлено различное промышленное оборудование OSNOVO (в т.ч. коммутаторы, блоки питания, оптические кроссы, устройства защиты и.п.).

OSNOVO уделяет большое внимание безопасности и стабильности работы, оснащая свои устройства функциями защиты от перегрузок, коротких замыканий и скачков напряжения, что повышает долговечность и надёжность оборудования при эксплуатации вне помещений.

Состав уличных станций

Внешний вид уличной станции

В состав уличной станции могут входить следующие компоненты:

- Герметичный корпус с гермовводами (IP66)

- Оптический кросс

- Промышленный блок питания

- Система термостабилизации

- Система вентиляции

- Система резервного питания

- Дополнительное оборудование

Герметичный корпус с гермовводами (IP66) обеспечивает защиту встроенного оборудования от внешних воздействий.

Оптический кросс обеспечивает подключение к волоконно-оптической линии.

Система термостабилизации обеспечивает работу в широком диапазоне внешних температур -60...+50 °С (диапазон температур внутри станции -10...+50 °С).

Система резервного питания может ограниченное время питать встроенное оборудование за счет энергии набора аккумуляторных батарей (12V/7A*ч х 4шт) общим напряжением 48V.

Варианты исполнения

Уличные станции OSNOVO представляют собой устройства с возможностью комплектования широким спектром встроенного оборудования и прочими опциональными устройствами.

Корпус – в зависимости от модели и свободного места для размещения оборудования уличная станция может иметь разные габаритные размеры корпуса. Также корпус станции может быть изготовлен из стали (с порошковой окраской) или высокопрочного поликарбоната.

Коммутатор – в уличных станциях могут быть установлены промышленные коммутаторы с разным количеством портов и поддержкой различной мощности нагрузки РоЕ на портах.

Блок питания – в уличных станциях (в зависимости от модели встроенного коммутатора) устанавливаются промышленные блоки питания различной мощности. Бюджет РоЕ уличного коммутатора определяется максимальной мощностью установленного блока питания.

Резервное питание – для обеспечения бесперебойной работы оборудования ряд моделей уличных станций оснащены резервным питанием. Основным элементом системы резервного питания является набор аккумуляторных батарей (АКБ).

Термостабилизация - для повышения надежности работы ряд моделей уличных станций оборудованы системой термостабилизации. Данная система состоит из обогревателя (нагревательный элемент) мощностью от 100 до 400 Вт в зависимости от типоразмера монтажного шкафа и термостата. Система обеспечивает поддержание определенного диапазона температур внутри корпуса уличной станции.

Система вентиляции – система проточной вентиляции входит в общую систему термостабилизации уличных станций и предназначена для интенсивного охлаждения внутренних элементов станции. В систему входит вентилятор и два фильтра на приток и вытяжку воздуха. Управление вентилятором осуществляется с помощью датчика термостата.

Система охлаждения - система состоит из термоэлектрического охладителя (на элементах Пельтье мощностью 120Вт) и термостата, который осуществляет управление охладителем. Если температура внутри уличной станции превышает +45°С, термостат включает охладитель и вентилятор, который распределяет холодный воздух внутри корпуса устройства.

Дополнительное оборудование – в зависимости от модели уличная станция может быть укомплектована дополнительным оборудованием, как внешним, так и внутренним. Например: устройства защиты линий, светодиодный светильник, датчик вскрытия двери уличной станции, защитный козырёк, дополнительное крепление к стене или опоре.

Расшифровка названия уличной станции на примере OS-46TB1

Примеры моделей уличных станций

	OSP-461 Пластиковый шкаф IP66 Оптический кросс. Место под оборудование на DIN-рейке: верхняя - 340мм средняя - 320мм нижняя - 290мм Защитный козырёк. Размеры (ШхВхГ): 400x600x230мм. Рабочая температура: -50…+50°С.
	OS-33T1 Металлический шкаф IP66. С термостабилизацией и оптическим кроссом. Место под оборудование на DIN-рейке: верхняя - 160мм нижняя - 60мм Размеры (ШхВхГ): 300x300x210мм. Рабочая температура (температура окружающей среды): -50…+50°С. Температура внутри станции -15…+50°С.

Примеры моделей уличных станций

	OSP-46V1 Пластиковом шкаф IP54. С термостабилизацией, системой вентиляции и оптическим кроссом. Место под оборудование на DIN-рейке: верхняя - 300мм средняя - 300мм нижняя - 80мм Размеры (ШхВхГ): 400x600x230мм. Рабочая температура (температура окружающей среды): -60…+50°С. Температура внутри станции 0…+50°С.
	OS-34TB1 Металлический шкаф IP66. С термостабилизацией, резервным питанием и оптическим кроссом. Пром БП DC48V(240W), АКБ 48В(2,2Ач). Место под оборудования на DIN-рейке: верхняя - 70мм Размеры (ШхВхГ): 300x400x210мм. Рабочая температура (температура окружающей среды): -40…+50°С. Температура внутри станции -7…+50°С.

Назначение и разновидности

В ассортименте OSNOVO представлены три типа блоков питания:

Внутренние блоки питания (сетевые адаптеры) предназначены для подключения устройств, работающих от 5, 12, 24, 48, 52, 57В постоянного тока, к сети переменного тока 220В/50 Гц. Они выполнены в корпусе из пластика и имеют стандартный штекер 2.1x5.5 мм для подключения к нагрузке. Внутренние блоки питания рассчитаны на эксплуатацию в отапливаемых помещениях.

Промышленные блоки питания предназначены для подачи питания к устройствам с рабочим напряжением 12, 24, 48 и 55В постоянного тока. Все модели этих блоков питания могут работать при широком диапазоне входных напряжений от сети 195-265В с частотой 47-63Гц. Они позволяют регулировать выходное напряжение, а также оснащены встроенной защитой от коротких замыканий и скачков напряжения. Кроме того, эти блоки питания обеспечивают стабилизацию тока. Они предназначены для использования с промышленным оборудованием и установку в уличные коммутаторы и уличные станции, имеют крепление на DIN-рейку.

Блоки питания для монтажа в 19-дюймовую стойку - это многоканальные блоки питания, которые имеют стандартизированный размер, металлический корпус и крепление для установки в стойку 19”. Они выдают стабилизированное напряжение 12В постоянного тока (DC) на каждый канал с возможностью регулировки от 10 до 14В. Применяются для питания видеокамер, видеорегистраторов и прочего оборудования, рассчитаны на эксплуатацию в технических помещениях (серверных).

Внутренние блоки питания

Внутренние блоки питания предназначены для питания устройств различной мощности c напряжением питания 5В, 12В, 24В, 48В, 52В, 57В постоянного тока от сети переменного тока 220В/50Гц.

Например, БП PS-12012, PS-12012(ver.2), PS-12048, PS-12084 предназначены для питания устройств c напряжением питания DC12V постоянного тока.

Все модели блоков питания имеют широкий диапазон входного напряжения – AC 90-265V/47-63Гц. Основное отличие моделей – максимальная мощность (ток) выдаваемая на нагрузку: для PS-12012 и PS-12012(ver.2) - 12Вт (12V, 1A); для PS-12048 - 48Вт (12V, 4A); для PS-12084 - 84Вт (12V, 7A).

Блоки питания имеют встроенную защиту:

- от КЗ – при коротком замыкании во входной цепи БП перегорает плавкий предохранитель, обеспечивая защиту от возможного возгорания. Кроме того, при возникновении КЗ на выходе БП сработает защита, которая снизит напряжение и ток до минимальных значений на закороченном выходе до устранения КЗ.

- от перегрузок по току – при превышении величины тока нагрузки на выходе БП сверх заявленного сработает защита, которая снизит напряжение и ток до минимальных значений.

- от перенапряжения – блок питания отключается при превышении напряжения в сети свыше AC265V.

Промышленные блоки питания

Промышленные блоки питания предназначены для питания промышленных устройств различной мощности c напряжением питания 5В, 12В, 24В, 48В, 55В постоянного тока от сети переменного тока 220В/50Гц. Все модели блоков питания имеют широкий диапазон входного напряжения – AC 195-265V/43-65Гц и высокий КПД 83-85%.

Промышленные БП имеют встроенную защиту от коротких замыканий и перепадов напряжения, а также стабилизацию тока. Основное отличие представленных моделей блоков питания – максимальная мощность (ток) выдаваемая на нагрузку. БП имеют возможность регулировки выходного напряжения в определенных пределах.

Расшифровка названия БП на примере PS-48ХХХ/I

Пример использования промышленного БП

Промышленные БП предназначены для использования с промышленным оборудованием и установку в уличные коммутаторы и уличные станции, имеют крепление на DIN-рейку и широкий диапазон рабочих температур -40...+50°С.

Блоки питания для монтажа в 19-дюймовую стойку

Многоканальные блоки питания, которые имеют стандартизированный размер, металлический корпус и крепление для установки в стойку 19” 1U. Применяются для питания видеокамер, видеорегистраторов и прочего оборудования, БП рассчитаны на эксплуатацию в технических помещениях (серверных).

БП выдают стабилизированное напряжение 12В постоянного тока на каждый канал с возможностью регулировки от 10 до 14В, 1.1А на канал (ток нагрузки до 2А, при одновременном использовании до 5 каналов), суммарно до 10А. Общая выходная мощность до 240Вт. Кратковременная нагрузка на канал до 4А (5 сек). Активное охлаждение. Защита от КЗ, перегрузок по току и напряжению. Подключение нагрузки через клеммные колодки под винт.

Назначение

Ряд моделей уличных коммутаторов и уличных станций OSNOVO оборудованы системой резервного питания. Данная система предназначена для обеспечения автономным питанием оборудования в течение ограниченного времени в случае прекращения подачи энергии по основной линии питания. Как правило, при кратковременном прерывании подачи основного питания система резервного питания позволяет избежать нежелательной перезагрузки оборудования и возможной потери критически важных данных.

Уличный коммутатор Уличная станция

Основные элементы системы

Основными элементами системы резервного питания являются аккумуляторные батареи, реле контроля напряжения и автоматический выключатель (плавкая вставка-предохранитель).

Блок АКБ обеспечивает автономное питание уличного коммутатора или станции вместе с подключенным оборудованием.

Реле контроля напряжения предназначено для защиты блока АКБ от глубокого разряда, который может негативно повлиять на состояние и ресурс АКБ.

Автоматический выключатель предназначен для защиты системы резервного питания от короткого замыкания и перегрузки.

Блок АКБ

Основным элементом системы резервного питания является блок аккумуляторных батарей. Блок АКБ состоит из набора свинцовых батарей 12Vх4шт, общим напряжением 48V и емкостью 2.2 или 7A*ч. В зависимости от модели уличной станции (коммутатора) блок АКБ может быть зафиксирован крышкой или специальным элементом.

В блоке отдельные аккумуляторы соединяются специальными перемычками. В блок АКБ устанавливаются только одинаковые аккумуляторы. Емкость блока АКБ является одним из основных параметров, определяющих длительность автономной работы системы.

Время работы

Время автономной работы системы резервного питания зависит от нескольких факторов, которые перечислены ниже:

- Емкость блока АКБ (измеряется в A*ч);

- Общая мощность нагрузки подключенной к системе (измеряется в Вт);

- Физическое состояние блока АКБ. Имеется в виду возраст аккумуляторов, в месте с увеличением которого уменьшается емкость (сложно оценить в конкретных числовых величинах). При примерных расчетах не используем.

- Температура блока АКБ. При значительных отрицательных температурах емкость аккумуляторов снижается. При примерных расчетах не используем.

Примерный расчет максимального времени работы системы резервного питания производится следующим образом:

Потребляемая мощность коммутатором 10Вт. Суммарная мощность РоЕ нагрузки подключенной к коммутатору 40 Вт. Общая потребляемая мощность - 50Вт (всего).

Общий ток потребления нагрузки от системы резервного питания составляет 50Вт/48В=1.05A (P/U=I).

Максимальное (теоретическое) время работы системы для блока АКБ 2.2 A*ч составляет 2.2A*ч/1.05А=126мин (I*t/I=t), без учета состояния блока АКБ и влияния низких температур. Т.е. реальное время работы может быть значительно ниже времени рассчитанного данным методом.

Обслуживание системы резервного питания

Основным элементом системы резервного питания является блок аккумуляторных батарей (АКБ). Блок АКБ состоит из набора свинцовых батарей 12Vх4шт, общим напряжением 48V и емкостью 2.2 или 7A*ч.

Для обеспечения надежности системы и длительного времени автономной работы настоятельно рекомендуется периодически менять аккумуляторы в блоке АКБ на новые. Периодичность замены связана со сроком службы используемых свинцовых аккумуляторов, который составляет примерно 5-6 лет при нормальной эксплуатации.

При замене аккумуляторов в блоке АКБ следует соблюдать следующие правила:

- Всегда четко следуйте каждому пункту руководства по эксплуатации на устройство в части требований безопасности и порядка действий при замене аккумуляторов.

- При замене используйте только одинаковые аккумуляторы. Используйте батареи, аналогичные батареям, изначально установленным в устройстве на предприятии-изготовителе.

- Выполняйте демонтаж/монтаж аккумуляторов только при полном отключении устройства от питающей сети переменного тока.

- Не допускайте короткого замыкания. В блоке отдельные аккумуляторы соединяются специальными перемычками. Строго соблюдайте полярность подключения каждого проводника.

- Не допускайте падения аккумуляторных батарей и механического воздействия на их корпус.

Утилизация старых АКБ

Утилизация аккумуляторов – процесс переработки старых батарей с целью улучшения экологической и экономической ситуации. Стала очевидной необходимость в повторном использовании компонентов, содержащихся в АКБ. Выбрасывать использованные батареи в обычные отходы запрещено.

Свинцовосодержащие АКБ относятся к отходам второго класса опасности, их запрещено вывозить на свалки или использовать по непрямому назначению. Единственный правильный путь для отработанных аккумуляторных батарей (химического источника питания) - утилизация на специализированном предприятии. Все собранные батареи после предварительной подготовки отправляются на переработку на утилизирующие заводы.

Аккумулятор состоит из нескольких компонентов, каждый из которых обладает рядом уникальных свойств. Способ утилизации старых аккумуляторов основывается на разделении АКБ на эти компоненты. После разделения каждая группа компонентов проходит индивидуальную утилизацию на специальном предприятии. Ниже приведены некоторые этапы переработки свинцовосодержащих аккумуляторов:

- Удаление электролита из АКБ.

- Нейтрализация электролита.

- Измельчение АКБ.

- Удаление и переработка пластика для повторного использования.

- Плавление и очистка свинца от примесей для повторного использования.

Полученный свинец и пластиковые гранулы снова будут использованы для производства новых аккумуляторов.

Назначение

Ряд моделей промышленных управляемых коммутаторов OSNOVO (серия ILS) оборудованы функцией удаленного мониторинга напряжения питания, температуры и влажности окружающей среды с использованием внешнего датчика. Коммутаторы, обладающие данной функцией, предназначены для применения в промышленных системах и для установки в уличные станции.

Внешний датчик температуры и влажности

Внешний датчик предназначен для получения данных о температуре (°C) и относительной влажности (%) окружающей среды.

Для передачи информации используется цифровой интерфейс на основе протокола 1-Wire. Датчик подключается кабелем к разъему TRS 3.5mm на панели коммутатора.

WEB интерфейс

Контроль параметров температуры/влажности окружающей среды и напряжения питания осуществляется через соответствующий раздел Web-интерфейса коммутатора (Industrial Switch Monitoring).

Контроль параметров

На данной странице WEB интерфейса коммутатора находятся данные с датчиков температуры, влажности и т.д. Кроме того, здесь также представлена возможность настройки сценариев реагирования портов коммутатора и системы тревожного оповещения на различные события:

- Ambient Temperature – поле отображает текущую температуру на внешнем датчике.

- Ambient Temperature Upper – значение температуры из диапазона на внешнем датчике, при превышении которого подается сигнал (если настроен) на выход ALARM коммутатора.

- Ambient Temperature Lower – отрицательное значение температуры из диапазона на внешнем датчике, при понижении которого подается сигнал (если настроен) на выход ALARM коммутатора.

- Ambient Humidity – поле отображает текущую влажность на внешнем подключаемом к коммутатору датчике.

- Ambient Humidity Upper – значение влажности из диапазона на внешнем подключаемом к коммутатору датчике, при превышении которого подается сигнал (если настроен) на выход ALARM коммутатора.

- Master V1 Voltages (V) – поле отображает значение напряжения в Вольтах на основном блоке питания.

- Slave V2 Voltages (V) – поле отображает значение напряжения в Вольтах на резервном блоке питания.

Система тревожного оповещения

Многие промышленные коммутаторы (в т.ч. серии ILS) оборудованы релейным выходом типа сухой контакт (NO) для подключения системы тревожного оповещения (ALARM). Релейный выход поддерживает управление исполнительными устройствами (сирена, светодиодное табло и т.д.) мощностью не более 24 Вт. Напряжение источника питания, подключенного к релейному выходу, не должно превышать 24В постоянного тока. Ток, проходящий через реле, не должен превышать 1A.

Настройка системы оповещения

Система ALARM позволяет закрывать для трафика/перезагружать и отключать порты коммутатора, подавать сигнал тревоги на тревожный выход коммутатора в случае превышения напряжений блоков питания, изменения температуры и влажности на внешнем датчике и т.д.

Настройка сценария работы релейного выхода осуществляется через соответствующий раздел Web-интерфейса коммутатора (Alarm Output Configuration).

- Alarm Output Mode – позволяет выбрать режим работы релейного выхода Alarm (контакты нормально замкнуты/разомкнуты или импульсный режим).

- System Condition Failure – позволяет настроить включение системы оповещения при превышении температуры коммутатора, внешней температуры или влажности, изменении параметров питания и т.п.

Назначение

Программное обеспечение «OSNOVO Monitoring System» предназначено для организации централизованной системы мониторинга различных параметров оборудования OSNOVO (управляемые коммутаторы, инжекторы, медиаконвертеры и пр.), а также контроллера TMS-01 с выносными датчиками серии TMS (датчик температуры и влажности, датчик сетевого напряжения, датчик фазы сетевого напряжения).

Возможности ПО OMS

Централизованный доступ ко всей информации о результатах проверок параметров сетевого оборудования. Мониторинг в реальном времени по протоколу SNMP основных параметров управляемого оборудования OSNOVO:

- Температура на выносном датчике;

- Относительная влажность воздуха на выносном датчике;

- Напряжение питания на основном и резервном источниках питания;

- Суммарная потребляемая мощность (в том числе вместе с PoE);

- Мощность PoE на каждом порту устройства

Мониторинг в реальном времени по протоколу SNMP параметров выносных датчиков, подключенных к контроллеру TMS-01. Служба мониторинга при проверке хостов сети использует множество стандартных протоколов: SNMP, TCP, ICMP, ARP, HTTP, FTP, WMI, NetBIOS.

- Отправка результатов проверок на электронную почту;

- Звуковое оповещение в случае сбоя и восстановления после сбоя

- SMS оповещение в случае сбоя и восстановления после сбоя;

- Встроенный MIB браузер, позволяющий добавлять MIB файлы сетевого оборудования;

- Сканер IP адресов для быстрого поиска всех сетевых устройств в локальной сети;

- Журналы, отчеты и графики для удобного восприятия результатов мониторинга и их анализа.

Контроллер TMS-01

Контроллер TMS-01 и внешние датчики TMS-STH, TMS-SL и TMS-SV предназначены для организации системы мониторинга.

Для связи с контроллером TMS-01 используется сеть Ethernet (по сетевому протоколу управления SNMP). Собственный WEB интерфейс позволяет отслеживать показания, полученные от подключенных датчиков. Датчики TMS-STH, TMS-SL и TMS-SV подключаются к контроллеру посредством своих проводных интерфейсов.

Датчик контроля наличия фазы TMS-SL

Предназначен для контроля наличия фазы сетевого напряжения в точке подключения совместно с контроллером TMS-01. Возможность удаленного мониторинга показаний датчика через WEB интерфейс контроллера TMS-01 или ПО OSNOVO Monitoring System.

Датчик температуры и влажности TMS-STH

Предназначен для измерения температуры и относительной влажности воздуха совместно с контроллером OSNOVO TMS-01. Возможность удаленного мониторинга показаний датчика через WEB интерфейс контроллера TMS-01 или ПО OSNOVO Monitoring System.

Датчик измерения напряжения TMS-SV

Предназначен для измерения сетевого (однофазного) переменного напряжения совместно с контроллером TMS-01. Крепление на DIN рейку. Возможность удаленного мониторинга показаний c датчика через WEB интерфейс контроллера TMS-01 или ПО OSNOVO Monitoring System.

Датчик типа «сухой контакт»

Датчики типа «сухой контакт» могут быть подключены к любому из 4 универсальных портов (Порт1-4, GND). При подключении требуется настройка типа порта через WEB интерфейс контроллера TMS-01.

Управляемый выход

Управляемый выход контроллера TMS-01 можно использовать для перезапуска зависшего сетевого оборудования в случае потери пинга от него.

WEB интерфейс

На скриншотах ниже представлены изображения Web-интерфейса ПО OSNOVO Monitoring System.