Файл: Проектирование маршрутизации в двух трехуровневых сетях с использованием протокола маршрутизации OSPF.pdf

Современные условия ведения хозяйственной деятельности на предприятиях любой формы собственности требуют не только наличия квалифицированного персонала и производственных мощностей, но и передачи огромных информационных ресурсов внутри предприятия и за его пределы.

Крупные предприятия, компании и холдинги могут занимать большие территории, располагаться в разных участках населенного пункта, иметь филиалы в других городах и странах. В настоящее время для обеспечения информационного обмена внутри таких предприятий строятся корпоративные компьютерные сети.

Корпоративные компьютерные сети могут содержать сотни серверов, тысячи рабочих станций, десятки и сотни отдельных локальных вычислительных сетей. Все составные части корпоративных компьютерных сетей соединяются в единую рабочую среду посредством собственных каналов связи, а там где это не возможно или не целесообразно, то и при использовании глобальных связей.

Корпоративные компьютерные сети можно рассматривать как совокупность локальных вычислительных сетей отделов, цехов, филиалов. Главным требованием к компьютерной сети любого размера является обеспечение возможности доступа к разделяемым ресурсам на любом компьютере или сервере в сети. Данное требование влечет за собой решение остальных задач по надежности, производительности, расширяемости, масштабируемости, безопасности, управляемости.

Расширяемость сети обычно подразумевает быстрое добавление новых рабочих станций в существующую компьютерную сеть.

Масштабируемость сети это возможность соединять между собой составные части сети, которые в свою очередь определенным образом структурированы. Составные части, а это локальные вычислительные сети, в хорошо структурированной и масштабируемой системе имеют трехуровневую организацию. Трехуровневая организация локальной вычислительной сети выделяет верхний уровень - уровень ядра, далее уровень распределения и самый нижний уровень - уровень доступа. В более крупной сети при подключении к уровню доступа трехуровневой модели более мелкой сети и задает принцип масштабируемости.

Для выполнения требования масштабируемости, которое предъявляется к современным корпоративным компьютерным сетям необходимо решать задачи маршрутизации между различными локальными вычислительными сетями, входящими в состав общей сети предприятия, а так же к глобальной сети.

Данная работа демонстрирует актуальность предлагаемых решений для объединения вычислительных сетей различного размера в единую корпоративную компьютерную сеть. Особое внимание в работе уделено расширяемости компьютерной сети и ее масштабируемости на основе одного из распространенных и эффективных протоколов маршрутизации.

Целью работы является проектирование маршрутизации в двух трехуровневых сетях с использованием протокола маршрутизации OSPF.

Определим перечень задач, которые рассмотрены и решены в данной работе:

- выполнить анализ структуры предприятия для проектирования корпоративной компьютерной сети;

- разработать топологию и структуру сети для объединения двух трехуровневых сетей;

- выполнить рабочую модель проектируемой компьютерной сети;

- настроить активное сетевое оборудования для работы протокола маршрутизации OSPF;

- выполнить проверки достигнутых целей в рабочей модели сети.

1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ И ПРЕДПРИЯТИЯ

1.1. Характеристика предприятия и его деятельности

Для проектирования корпоративной сети составим список наиболее крупных структурных подразделений предприятия и обозначим территориальное расположение каждого подразделения.

1. Центральный офис. Находится в деловом центре города в отдельном многоэтажном здании.

В здании находятся следующие подразделения:

1.1. Дирекция

1.2. Бухгалтерия

1.3. Планово-финансовый отдел

1.4. Отдел маркетинга

1.5. Управление кадрами

1.6. Отдел информационных технологий

1.7. Юридический отдел

2. Производство. Находится в промышленной зоне города, занимает большую площадь и располагается в разных помещениях.

Состав производственных подразделений:

2.1. Производственное управление

2.2. Конструкторское бюро

2.3. Отдел внедрения в производство

2.4. Завод 1

2.5. Завод 2

2.6. Склад готовой продукции и комплектации

Определим требования к разрабатываемой сети:

- все подразделения должны иметь возможность доступа к любым внутренним ресурсам сети не зависимо от их географического положения;

- обеспечить безопасность функционирования сети;

- каждому сотруднику предприятия предоставить возможность доступа к сети Internet;

- обеспечить расширение и масштабируемость корпоративной сети при последующем наращивании мощностей производства и открытии новых филиалов и представительств.

1.2. Современные методы построения сетей для решения сходных задач

Любую вычислительную сеть можно представить в виде трехуровневой иерархической модели, впервые предложенной инженерами компании CISCO. Предложенная модель, которая изображена на рисунке 1, содержит три уровня: уровень доступа, уровень распределения и уровень ядра.

Трехуровневая иерархическая модель легко представляет любые компьютерные сети, от маленьких локальных вычислительных сетей до огромных сетей масштаба корпораций. На рисунке 2 представлена трехуровневая модель небольшой локальной вычислительной сети. Как видно из рисунка 2 в маленьких сетях уровни могут быть вырождены и объединены, за счет использования современных сетевых устройств. Если в сети размера небольшого отдела применить современный маршрутизатор, который оснащен несколькими портами для подключения рабочих станций, то данный маршрутизатор будет выполнять функции всех трех уровней.

Рисунок 1. Трехуровневая иерархическая модель сети

Рисунок 2. Модель сети с вырожденным уровнем распределения

Предложенная иерархическая модель позволяет развивать и укрупнять уже существующую вычислительную сеть по мере роста предприятия и соответственно сети или проектировать новые крупные сети.

Такой подход позволяет реализовывать принципы масштабируемости сети. На рисунке 3 изображена вычислительная сеть предприятия, которая объединяет несколько рабочих групп, а на рисунке 4 представлена сеть еще более крупного масштаба, на которой для простоты изображения не указаны конечные узлы уровня доступа.

Рисунок 3. Модель сети, объединяющая несколько рабочих групп

Для построения компьютерных сетей с возможностями больше чем локальная вычислительная сеть рабочей группы без доступа к Internet, требуется применение маршрутизаторов и протоколов маршрутизации. Протоколы маршрутизации предназначены для передачи пакетов данных между разными вычислительными сетями. Протоколы маршрутизации бывают статические и динамические. Статические протоколы маршрутизации требуют ручного введения всех маршрутов до всех известных сетей. Протокол статической маршрутизации целесообразно использовать в небольших и относительно стабильных сетях, поэтому для решения поставленной задачи будем рассматривать протоколы динамической маршрутизации. При динамической маршрутизации данные о маршрутах к сетям обновляются автоматически в зависимости от изменений топологии сети.

Рисунок 4. Модель сети крупного масштаба

Протоколы динамической маршрутизации подразделяют на протоколы внутренней и внешней маршрутизации.

Протоколы динамической внешней маршрутизации предназначены для эффективной передачи данных во внешних магистралях между большим количеством корпоративных сетей.

Маршрутизация для корпоративной компьютерной сети выполняется протоколами динамической внутренней маршрутизации. К данным видам протоколов относятся протокол RIP и протокол OSPF.

В документации к протоколам маршрутизации введен термин автономная система. Автономная система - это совокупность вычислительных сетей, управляемых одной организацией. В данной работе под автономной системой будем понимать разрабатываемую корпоративную компьютерную сеть предприятия.

Для реализации данного проекта рассмотрим более подробно протоколы динамической внутренней маршрутизации RIP и OSPF, определим их достоинства и недостатки, и выберем наиболее подходящий протокол.

Протокол RIP (Routing Information Protocol) это простой протокол, который использует дистанционный вектор расстояния. Дистанционный вектор расстояния определяет количество маршрутизаторов, через которые проходит пакет данных из одной компьютерной сети в другую. Общая задача маршрутизации решается на основе анализа таблиц маршрутизации, размещенных во всех маршрутизаторах и конечных узлах сети, но каждая таблица имеет свой размер и полноту. При инициализации каждый маршрутизатор автоматически выстраивает таблицу маршрутизации до сетей, к которым он подключен своими интерфейсами. Соседние маршрутизаторы в сети обмениваются служебной информацией друг с другом и передают известный им вектор расстояний до всех известных им сетей. Данная информация анализируется принявшим маршрутизатором и далее происходит корректировка маршрута и вектора расстояния, если есть такая необходимость. По истечении некоторого времени каждый маршрутизатор выстроит полную таблицу маршрутов. Обмен служебной информацией происходит периодически один раз в не более 30 секунд, поэтому информация в таблицах маршрутизации будет актуальной. Протокол RIP является одним из старейших протоколов обмена информацией о маршрутизации, но тем не менее очень широко распространен.

К достоинству этого протокола следует отнести простоту настройки. Обычно достаточно только указать сетевой адрес интерфейса маршрутизатора, на котором протокол RIP будет включен.

Однако существуют и существенные недостатки.

Один из главных недостатков — медленная сходимость. Допустим обновления на одном маршрутизаторе происходят в среднем один раз в 15 секунд. Для двух последовательных маршрутизаторов это будет уже 30 секунд и так далее, за такое длительное время могут происходить большое количество потерь пакетов данных. В протоколе RIP количество последовательных маршрутизаторов, вектор расстояний не может
превышать 15. Вектор расстояний 16 указывает на недоступность сети.

Следующий большой недостаток протокола RIP — невозможность работать с адресами подсетей с масками переменной длины. В некоторых случаях это может привести к неэффективному использованию адресного пространства и как следствие к дефициту IP адресов.

Еще один важный недостаток - это неверное определение маршрута при имеющихся не равноценных по пропускной способности маршрутов в сети. Допустим, один маршрут через два маршрутизатора по 100 мегабитному каналу будет признан худшим, чем маршрут через единственный маршрутизатор по каналу со скоростью 128 кБит/с.

Исходя из выше сказанного отметим, что протокол динамической внутренней маршрутизации RIP следует применять в относительно не больших сетях и в сетях, где не используются подсети.

Рассмотрим протокол динамической внутренней маршрутизации OSPF (Open Shortest Path First). В данном протоколе использует алгоритм анализа состояния связей, который учитывает и расстояния и скорость. Каждый по соседству маршрутизатор рассылает информацию о маршрутах по таймеру один раз в 30 минут, если в сети не происходит ни каких изменений и короткие посылки Hello проходят между соседними маршрутизаторами нормально. Как только произошло какое-либо изменение о состоянии связей и посылка Hello не прошла, тут же начинается передача об изменениях маршрутной информации соседям, не дожидаясь таймера. Таким образом, доля служебного трафика в сети о маршрутной информации снижается, но при этом сохраняется актуальность о маршрутах и состояниях связей в сети. Метрика стоимости маршрута вычисляется на интерфейсе по формуле:

cost = 100 000 000/bandwith

где bandwith скорость передачи, cost число от 1 до 65535.

Чем меньше cost число, тем более лучшая метрика и маршрут считается лучшим. Число cost можно указать при настройки интерфейса маршрутизатора, но тогда потребуется команда пересчета метрики на каждом маршрутизаторе в сети.

Примеры некоторых метрик:

Ethernet 10 Мбит/с - 10 единиц
Fast Ethernet 100 Мбит/с - 1 единица
канал Т1 1544000 бит/с - 65 единиц
канал 56 Кбит/с - 1785 единиц