Urządzenia sieciowe w kwalifikacji INF.02: najważniejsze zasady, przykłady i 259 powiązanych pytań w banku.
Urządzenia sieciowe różni to, na której warstwie modelu ISO/OSI podejmują decyzję o przekazaniu danych. Koncentrator powtarza sygnał elektryczny, przełącznik czyta adres MAC z nagłówka ramki, a router analizuje adres IP z nagłówka pakietu. Z tej jednej różnicy wynika podział na domeny kolizyjne i rozgłoszeniowe oraz cały sens stosowania VLAN-ów. W zadaniach egzaminacyjnych sprawdza się zwykle dwie rzeczy: przypisanie urządzenia do warstwy i policzenie skutków tego przypisania w konkretnym schemacie sieci.
Koncentrator, przełącznik i router w modelu ISO/OSI
Koncentrator pracuje w warstwie pierwszej: regeneruje sygnał i wysyła go na wszystkie pozostałe porty, w ogóle nie zaglądając do nagłówka ramki. Wszystkie podłączone stacje dzielą jedno pasmo, pracują w półdupleksie i muszą stosować CSMA/CD, więc każda kolejna stacja zwiększa liczbę kolizji i obniża rzeczywistą przepustowość. Sprzętu tego już się nie instaluje, ale w zadaniach pojawia się jako punkt odniesienia przy liczeniu domen kolizyjnych.
Przełącznik działa w warstwie drugiej i kieruje ramkę tylko na ten port, za którym znajduje się docelowy adres MAC. Każdy port to osobna domena kolizyjna, a łącza punkt-punkt pracują w pełnym dupleksie, więc kolizje nie występują i mechanizm CSMA/CD pozostaje nieaktywny. Router należy do warstwy trzeciej, wybiera trasę na podstawie adresu IP, zmniejsza pole TTL i nie przepuszcza rozgłoszeń między interfejsami, dlatego każdy jego interfejs rozpoczyna nową domenę rozgłoszeniową.
Tablica adresów MAC i zalewanie portów
Przełącznik uczy się z adresu źródłowego przychodzącej ramki i zapisuje w tablicy MAC parę: adres oraz numer portu, na którym ten adres zobaczył. Adres MAC ma 48 bitów, czyli 6 bajtów zapisywanych jako 12 cyfr szesnastkowych, przy czym pierwsze trzy bajty to identyfikator producenta OUI, a trzy kolejne nadaje sam producent. Wpisy dynamiczne wygasają, typowo po 300 sekundach bez ruchu z danego adresu, natomiast wpisy statyczne wprowadzone przez administratora nie wygasają.
Jeśli docelowego adresu nie ma w tablicy, przełącznik zalewa ramką wszystkie porty poza portem, którym ramka weszła. Tak samo traktuje ramkę rozgłoszeniową o adresie FF:FF:FF:FF:FF:FF. Dlatego pierwsza ramka do nieznanego hosta trafia do całego segmentu, a odpowiedź tego hosta uzupełnia tablicę i kolejne ramki idą już wyłącznie jednym portem.
Liczenie domen kolizyjnych i rozgłoszeniowych
Policz na przykładzie: router z dwoma interfejsami LAN, do pierwszego podłączony przełącznik z czterema komputerami, do drugiego koncentrator z trzema komputerami. Po stronie przełącznika każde aktywne łącze to osobna domena kolizyjna, czyli cztery łącza do komputerów plus jedno do routera daje pięć. Koncentrator nie dzieli domeny kolizyjnej, więc trzy komputery razem z łączem do routera tworzą jedną domenę, a w całym schemacie jest ich sześć.
Domeny rozgłoszeniowe wyznaczają interfejsy routera, bo rozgłoszenie przez router nie przechodzi, i tutaj są dwie. Gdyby na przełączniku skonfigurowano VLAN-y, domen rozgłoszeniowych byłoby tyle, ile VLAN-ów, powiększone o pozostałe interfejsy routera. Punkty przepadają zwykle na trzech rzeczach: doliczaniu pustych portów przełącznika, pomijaniu łącza przełącznik-router i liczeniu każdego komputera przy koncentratorze jako osobnej domeny kolizyjnej.
VLAN, port nietagowany, tagowany i trunk
VLAN dzieli jeden przełącznik na kilka domen rozgłoszeniowych, a ruch między nimi musi przejść przez router lub przełącznik warstwy trzeciej; przy jednym łączu do routera robi się to na podinterfejsach. Znacznik 802.1Q ma 4 bajty i wchodzi za adresami MAC, przed polem typu, więc maksymalna ramka rośnie z 1518 do 1522 bajtów. W znaczniku mieszczą się identyfikator 0x8100, trzy bity priorytetu, jeden bit DEI oraz 12 bitów numeru VLAN, z czego wartości 0 i 4095 są zarezerwowane, użyteczne pozostają od 1 do 4094, a VLAN 1 jest domyślny.
Port nietagowany, czyli dostępowy, należy do jednego VLAN-u i tam wpina się komputer lub drukarkę: urządzenie końcowe nic o znacznikach nie wie, bo przełącznik dokłada znacznik na wejściu i zdejmuje go na wyjściu. Port tagowany tworzy trunk, czyli łącze przenoszące wiele VLAN-ów do drugiego przełącznika lub do routera. Ruch VLAN-u natywnego idzie trunkiem bez znacznika, dlatego różne numery VLAN-u natywnego po dwóch stronach łącza powodują przeciek ruchu między sieciami.
Pętla w warstwie drugiej i rola STP
Ramka Ethernet nie ma pola TTL, więc w pętli krąży bez końca, a każdy przełącznik powiela ją na kolejne porty. Dwa równoległe połączenia między przełącznikami bez zabezpieczenia dają burzę rozgłoszeniową: łącza i procesory się zapychają, a tablica MAC staje się bezużyteczna, bo każda kopia przypisuje ten sam adres do innego portu.
STP według 802.1D buduje topologię bez pętli i blokuje nadmiarowe porty, zostawiając je jako rezerwę na wypadek awarii łącza. Mostem głównym zostaje urządzenie o najniższym identyfikatorze, złożonym z priorytetu (domyślnie 32768, zmienianego skokowo co 4096) i adresu MAC. W klasycznym STP port przechodzi przez nasłuchiwanie i uczenie się po 15 sekund, czyli do przekazywania dochodzi po 30 sekundach, a po awarii wykrytej pośrednio dochodzi 20 sekund max age i całość zajmuje do 50 sekund; dlatego stosuje się RSTP według 802.1w, które zbiega się w kilka sekund.
Punkt dostępowy, PoE i adres zarządzania
Punkt dostępowy spina sieć bezprzewodową z przewodową w warstwie drugiej i nie tworzy nowej domeny rozgłoszeniowej, w odróżnieniu od domowego routera, który dodatkowo trasuje i wykonuje NAT. Zasilanie idzie tym samym kablem: 802.3af daje 15,4 W na porcie przełącznika i 12,95 W dostępne dla odbiornika, a 802.3at (PoE+) odpowiednio 30 W i 25,5 W, przy czym liczbę zasilanych urządzeń ogranicza łączny budżet mocy przełącznika.
Przełącznik niezarządzalny nie ma adresu IP i przełącza ramki od razu po podłączeniu. W zarządzalnym adres nadaje się wirtualnemu interfejsowi VLAN-u zarządzania, a dostęp spoza tej podsieci wymaga jeszcze ustawienia bramy domyślnej. Ten adres jest potrzebny wyłącznie do zdalnej konfiguracji przez przeglądarkę lub SSH, bo połączenie kablem do portu konsolowego działa bez adresu IP, a samo przełączanie ramek odbywa się niezależnie od niego.
Z tym działem powiązano 259 pytań w banku INF.02. Na ekranie Wszystkie pytania wybierz jeden z tagów: urzadzenia-sieciowe. Możesz wtedy przejrzeć zadania tylko z interesującego Cię obszaru.