Проектирование маршрутизации в трех двухуровневых сетях с использованием протокола маршрутизации EIGRP

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

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 невозможно 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 также 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 EIGRP.

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 EIGRP;

- выполнить проверки достигнутых целей в рабочей модели сети.

1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ И ПРЕДПРИЯТИЯ

1.1. Характеристика предприятия и его деятельности

Основной целью деятельности компании ООО “ГрандТу” является получение прибыли.

Основными видами (предметом) деятельности компании являются следующие: коммерческая, посредническая, торговая, закупочная деятельность спорттоварами, создание собственной сети магазинов розничной торговли этими товарами; другие виды деятельности, не запрещенные законодательством РФ. Общество вправе осуществлять также и любые другие виды деятельности, не запрещенные действующим законодательством. Отдельными видами деятельности, перечень вторых определяется законом, Общество может заниматься только на основании специального решения (лицензии).

В соответствии с предметом деятельности Общество имеет право:

- Совершать как в России, так и за ее пределами сделки и иные юридические акты с предприятиями, организациями, учреждениями, обществами, товариществами и отдельными лицами, в том числе купли-продажи, мены, подряда, займа, перевозки, поручения и комиссии, соглашения, совместной деятельности, а также участвовать в торгах, аукционах, конкурсах, предоставлять гарантии.

• Строить, приобретать, отчуждать, брать и сдавать в наем всякого рода движимое и недвижимое имущество.
• Выступать заказчиком или подрядчиком по договорам с предприятиями, организациями, гражданами.
• Формировать временные научные, производственные, творческие коллективы, привлекать специалистов по договорам с оплатой их труда по соглашению сторон.
• Реализовывать свою продукцию, работы, услуги, отходы производства по ценам и тарифам, установленным в соответствии с действующим законодательством, самостоятельно или по соглашению сторон.
• Приобретать в установленном порядке необходимые материалы, сырьё, оборудование, машины, другие материальные ценности в оптовой и розничной торговле, у любых организаций и отдельных граждан, в том числе за наличный расчет.
• Осуществлять в установленном порядке внешнеэкономическую деятельность.
• В установленном порядке выступать учредителем и членом ассоциаций, хозяйственных обществ, коммерческих организаций, совместных предприятий с инофирмами, инновационных и коммерческих банков и т.п.
• Открывать специализированные счета в соответствующих учреждениях банков как в рублях, так и в иностранной валюте. Аккумулировать средства предприятий для организации долевого строительства и др.
• Пользоваться кредитами банков на условиях, определяемых соглашением сторон.
• Осуществлять иную финансово-хозяйственную деятельность, не противоречащую действующему законодательству, а также предмету и целям своей деятельности
• Организовывать (открывать) отделения, филиалы, представительства и т.п. в качестве структурных или обособленных подразделений, создавать предприятия различных организационно-правовых форм.
• Выступать истцом и ответчиком в судах (арбитражном, народном, третейском).

Общество является юридическим лицом по российскому праву: имеет в собственности обособленное имущество и отвечает по своим обязательствам этим имуществом, может от своего имени приобретать и осуществлять имущественные и личные неимущественные права, нести обязанности, быть истцом и ответчиком в суде.

Общество в своей деятельности руководствуется Уставом, законодательством Российской Федерации и обязательными для исполнения актами исполнительных органов власти.

Определим требования к разрабатываемой сети:

• 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

В данном пункте будут представлены 5 видов протокола, чтобы в дальнейшем выбрать 1 и строить с помощью него сеть.

• RIP (Routing Information Protocol)
• IGRP (Interior Gateway Routing Protocol)
• OSPF (Open Shortest Path First)
• BGP (Border Gateway Protocol)
• EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol)

EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol)

EIGRP  —  протокол маршрутизации, разработанный фирмой Cisco на основе протокола IGRP той же фирмы. Релиз протокола состоялся в 1994 году. EIGRP использует механизм DUAL для выбора наиболее короткого маршрута.

Более ранний и практически не используемый ныне протокол  IGRP был создан как альтернатива протоколу RIP (до того, как был разработан OSPF). После появления OSPF, Cisco представила EIGRP — переработанный и улучшенный вариант IGRP, свободный от основного недостатка дистанционно-векторных протоколов — особых ситуаций с зацикливанием маршрутов — благодаря специальному алгоритму распространения информации об изменениях в топологии сети. EIGRP более прост в реализации и менее требователен к вычислительным ресурсам маршрутизатора чем OSPF[1]. Также EIGRP имеет более продвинутый алгоритм вычисления метрики DUAL (Diffusing Update ALgorithm), который может использовать 5 различных компонентов для расчета:

• Bandwidth (Пропускная способность). Минимальная пропускная способность для данного маршрута (а не сумма цен (cost) в отличие от OSPF).
• Delay (Задержка). Суммарная задержка на всём пути маршрута.
• Reliability (Надежность). Наихудший показатель надёжности на всём пути маршрута, основанный на keepalive.
• Loading (Загруженность). Наихудший показатель загруженности интерфейса на всём пути маршрута, основанный на количестве трафика, проходящего через интерфейс и настроенном на нём параметре bandwidth.
• MTU. Минимальный размер MTU на всём пути маршрута.

По умолчанию, EIGRP использует только первые два компонента, т.к. надежность и загруженность - динамические величины, которые могут изменяться до нескольких раз в секунду. Соответственно, каждое изменение вызывает перерасчет метрики для маршрутов и использование процессорной мощности маршрутизатора до 100%. MTU не является динамической величиной, но не используется по причине слабого влияния на метрику маршрута.

Стоит заметить, что усложнение формулы вычисления метрик приводит и к усложнению понимания метрики администратором. Хотя многие сторонники OSPF и считают, что, при прочих равных, EIGRP отрабатывает изменение топологии медленнее чем OSPF, но это скорее заблуждение, поскольку при малом количестве маршрутизаторов EIGRP отрабатывает быстрее, а при усложнении схемы дизайн и архитектура протокола OSPF требует более тщательного внедрения (создание зон и межзонных отношений), что также замедляет обмен маршрутами и усложняет количество вычислений, требуемых для выбора лучшего маршрута. В итоге EIGRP работает сравнительно одинаково, а в некоторых простейших или наоборот более сложных топологиях даже быстрее чем другие, существующие на данный момент, протоколы маршрутизации.

Ещё одно преимущество протокола EIGRP в том, что он способен производить суммаризацию на любом маршрутизаторе на пути, поскольку является протоколом класса "вектор расстояния" (Distance Vector), информация передается от соседа к соседу, где каждый следующий выбирает только лучший маршрут, отдаваемый соседу [2].

Единственным недостатком протокола EIGRP на данный момент является его ограниченность в использовании оборудования только компании Cisco. Хотя в феврале 2013 года Cisco открыла EIGRP, его внедрение в маршрутизаторы других производителей официально не объявлено.

Из всех 5 протоколов был выбран EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) из-за следующих достоинств:

• очень низкое использование сетевых ресурсов во время нормальной работы; только пакеты приветствия переданы на стабильной сети
• когда изменение происходит, только изменения таблицы маршрутизации распространяются, не вся таблица маршрутизации; это уменьшает загрузку, которую сам протокол маршрутизации размещает в сеть
• короткие времена конвергенции для изменений в топологии сети (в некотором схождении для ситуаций может быть почти мгновенным)

2. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ

2.1. Разработка и обоснование структуры сети

Рассмотрев протоколы внутренней маршрутизации, их достоинства и недостатки, для реализации данного проекта выбираем протокол EIGRP.

Учитывая характеристику, организационную структуру и территориальное размещение предприятия распределим подразделения предприятия по областям и выполним привязки к маршрутизаторам.

Таблица 1

Вид информации	Назначение (прикладная система)	Режим передачи	Критичность доставки (QoS)	Категория доступа
Транзакции базы данных SQL	1C Предприятие	Регулярные соединения	5	Ограниченный доступ
Голосовой трафик	VoIP телефоны	Регулярные соединения	5	Открытый доступ
Почтовые сообщения	Micrisoft Exchange	Постоянный обмен сообщениями с клиентами	4	Ограниченный доступ
Сетевое оборудование	Маршрутизаторы, коммутаторы	Регулярные соединения	5	Ограниченный доступ

Описание таблицы 2:

Вид информации – это название вида информации.

Назначение (прикладная система) – это программная система, ориентированная на решение или автоматизацию решения задач из конкретной предметной области.

Режим передачи - это способ передачи информации через приёмопередающие устройства.

Критичность доставки – это уровень важности доставки информации.

Категория доступа – это уровень доступа к которой допускаются ограниченный список людей.

Рисунок 1. Изображение структурной схемы сети.

Описание Рисунка 1:

• Общее количество маршрутизаторов – 4 штуки
• Общее количество коммутаторов – 8 штук
• Общее количество серверов – 4 штуки
• Общее количество принтеров – 135 штук
• Общее количество компьютеров – 290 штук

Описание офисов компании “ГрандТу”:

Рисунок 2. Изображение структурной схемы сети головного офиса и серверов.

Головной офис, сервера – этот офис находится в центре города Москвы.

Целью этого офиса и серверов является поддержка сети и распределением работы на другие офисы.

Из оборудования там находятся:

• Коммутатор – 1 штука
• Маршрутизатор – 2 штуки
• Сервер – 4 штуки
• Компьютер – 60 штук
• Принтер – 10 штук

Рисунок 3. Изображение структурной схемы сети офиса 1.

Офис 1 – этот офис находится на западной части города Москвы.

Данный офис распределён на 2 отдела и состоит из следующих комплектующих:

• Маршрутизатор – 1 штука
• Коммутатор – 2 штуки
• Принтер – 35 штук
• Компьютер – 70 штук

Первый отдел занимается покупкой и продажей товаров.

Второй отдел занимается составлением договоров.

Рисунок 4. Изображение структурной схемы сети офиса 2.

Офис 2 – этот офис находится на восточной части города Москвы.

Данный офис распределён на 2 отдела и состоит из следующих комплектующих:

• Маршрутизатор – 1 штука
• Коммутатор – 2 штуки
• Принтер – 35 штук
• Компьютер – 70 штук

Первый отдел занимается проверкой товаров компании и распределяет его по ценовой категории

Второй отдел ведёт учёт этих товаров в бумажном и электронном виде.

Офис 3 - этот офис находится на южной части города Москвы.

Рисунок 5. Изображение структурной схемы сети офиса 3.

Офис 3 - этот офис находится на южной части города Москвы.

Данный офис распределён на 2 отдела и состоит из следующих комплектующих:

• Маршрутизатор – 1 штука
• Коммутатор – 2 штуки
• Принтер – 35 штук
• Компьютер – 70 штук

Первый отдел занимается транспортировкой товаров или же отправлением документов особой важности.

Второй отдел ведёт учёт того что было отправлено.

Рисунок 6. Изображение функциональной схемы

2.2. Выбор и обоснование используемых протоколов

Рассмотрев в параграфе 1.2 протоколы внутренней маршрутизации, их достоинства и недостатки, для реализации данного проекта был выбран протокол EIGRP. Исходя из рекомендаций протокола EIGRP составлена структурная и функциональная схема.

Протокол EIGRP (усовершенствованный внутренний протокол маршрутизации шлюзов) является внутренним протоколом шлюзов, пригодным для различных топологий и сред. В хорошо спроектированной сети EIGRP хорошо масштабируется и обеспечивает чрезвычайно короткое время согласования с минимальным сетевым трафиком.

Принцип работы EIGRP

Основными преимуществами EIGRP являются:

• очень низкое использование сетевых ресурсов во время нормальной работы; только пакеты приветствия переданы на стабильной сети
• когда изменение происходит, только изменения таблицы маршрутизации распространяются, не вся таблица маршрутизации; это уменьшает загрузку, которую сам протокол маршрутизации размещает в сеть
• короткие времена конвергенции для изменений в топологии сети (в некотором схождении для ситуаций может быть почти мгновенным),

EIGRP – это улучшенный дистанционно-векторный протокол, который вычисляет кратчайший путь к назначению в рамках сети с помощью алгоритма диффузионного обновления (DUAL).

Основные версии протокола

Существует две основных редакции EIGRP, версий 0 и 1. Версии Cisco IOS ранее, чем 10.3 (11), 11.0 (8), и 11.1 (3) выполняют более раннюю версию EIGRP. Настоятельно рекомендуется пользоваться последней версией EIGRP, поскольку она отличается повышенными параметрами производительности и усовершенствованиями надежности.

Из этих кратких пояснений очевидно, что EIGRP должен обеспечить следующее:

• система, куда это передает только обновления, необходимые в установленный срок; это выполнено через обнаружение соседей и обслуживание
• способ определения путей без петель маршрутизатором
• процесс для удаления неверных маршрутов из таблиц топологий для всех маршрутизаторов сети
• процесс опроса соседних узлов при поиске путей к потерянному адресу назначения

Обнаружение и обслуживание соседей

Для распространения маршрутной информации по сети в EIGRP используется непериодическое последовательное обновление маршрутов. Это означает, что EIGRP пересылает обновления только для изменяющихся маршрутов и только в тот момент, когда такие маршруты изменяются.

Основной недостаток таких обновлений заключается в том, что вы можете не узнать, в какое время маршрут, проходящий через соседний маршрутизатор, стал недоступным. Нельзя блокировать по времени маршруты, ожидающие получение новой таблицы маршрутизации от соседа. Для надежной пересылки изменений в маршрутной таблице в EIGRP используется механизм взаимодействия между соседними маршрутизаторами (два маршрутизатора становятся "соседями" в том случае, если каждый из них получает пакеты "hello" от своего соседа).

EIGRP посылает пакеты hello каждые 5 секунд на каналах с высокой пропускной способностью и каждые 60 секунд - на многоадресных каналах с низкой пропускной способностью.

• 5-секундный hello:
• среды трансляции, такие, как Ethernet, Token Ring и FDDI
• двухточечные последовательные каналы связи, такие как арендуемые каналы PPP или HDLC, двухточечные подинтерфейсы Frame Relay и двухточечные подинтерфейсы ATM
• высокая пропускная способность (больше, чем T1) многоточечные линии связи, такие как PRI ISDN и Frame Relay
• 60-секундная задержка:
• многоточечные линии связи T1 (или более медленные), например, многоточечные интерфейсы Frame Relay, многоточечные интерфейсы ATM, виртуальные каналы с коммутацией ATM и интерфейсы ISDN BRI

Скорость, на которой EIGRP передает пакеты приветствия, называют интервалом приветствия, и можно отрегулировать его для интерфейса скомандой ip hello-interval eigrp. Время удержания – время, в течение которого маршрутизатор будет считать соседнее устройство действующим, не получая от него пакет приветствия. Время удержания обычно равняется трем hello-интервалам (15 и 180 секунд по умолчанию). Для изменения времени удержания можно использовать команду ip hold-time eigrp.

Учитывайте, что при изменении интервала приветствия время удержания автоматически не корректируется - его необходимо изменить вручную для отражения настроенного интервала приветствия [4].

Два EIGRP-маршрутизатора могут стать соседями даже в том случае, если таймер hello и таймер удержания не совпадают. Время ожидания включено в пакеты hello, поэтому каждый сосед должен оставаться в рабочем состоянии, даже если интервал hello и таймеры ожидания не совпадают.

В то время как нет никакого прямого способа определить то, что интервал приветствия находится на маршрутизаторе, можно вывести его из выходных данных show ip eigrp neighbors на соседнем маршрутизаторе.

Таблица топологии содержит сведения, необходимые для построения набора расстояний и векторов для каждой достижимой сети, включая:

• самая низкая пропуская способность в пути к данному назначению согласно сообщениям соседа, в восходящем направлении
• всего задержек
• надежность пути
• загрузка пути
• минимальный путь максимального размера передаваемого блока данных (MTU)
• допустимое расстояние
• объявленное расстояние
• источник маршрута (маркируются внешние маршруты)

2.3. Выбор и обоснование решений по техническому обеспечению сети

Выбираем маршрутизаторы Cisco серии 2900.

Характеристика: поддерживают встроенные средства аппаратного ускорения шифрования, слоты цифровых сигнальных процессоров (DSP) для обработки голоса и видео, дополнительный межсетевой экран, систему предотвращения вторжений, систему обработки вызовов, поддерживают широчайший спектр проводных и беспроводных интерфейсов [5], таких как T1/E1, T3/E3, xDSL, медный и оптоволоконный GE.

Протоколы: IPv4, IPv6, статическая маршрутизация, OSPF, EIGRP, BGP, BGP Router Reflector, IS-IS, IGMPv3, PIM SM, PIM SSM, DVMRP, IPSec, GRE, BVD, механизмы групповой адресации IPv4-IPv6, MPLS, L2TPv3, 802.1ag, 802.3ah, L2 и L3 VPN

Инкапсуляции: Ethernet, 802.1q VLAN, соединение "точка-точка" (PPP), MLPPP, Frame Relay, MLFR (FR.15 и FR.16), HDLC, последовательные интерфейсы (RS-232, RS-449, X.21, V.35, и EIA-530), PPPoE и ATM

Управление трафиком: QoS, CBWFQ, WRED, средства иерархического обеспечения качества обслуживания, PBR, PfR и NBAR

2.4. Контрольный пример реализации сети и его описание

Макетное тестирование будем проводить в программе Cisco Packet Tracer

Рисунок 7. Общая структура.

Рисунок 8. Настройка маршрутизации головного офиса.

Рисунок 9. Настройка маршрутизации офиса.

Рисунок 10. Настройки маршрутизатора офиса 2.

Рисунок 11. Настройка маршрутизации офиса 3.

В настройках протокола EIGRP указываются все сети, к которым он имеет доступ.

Используется суммирование маршрутов с помощью этой команды

ip summary-address eigrp 1

Рисунок 12. Отображение соседств роутеров с помощью команды show ip eigrp neighbors.

Рисунок 13. Отображение топологии сети протокола EIGRP с помощью команды show ip eigrp topology.

Рисунок 14. Отображение маршрутной информации с помощью команды show ip route.

Рисунок 15. Контрольная проверка с помощью команд Ping и Tracert.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе выполнено проектирование маршрутизации в двух трехуровневых сетях с использованием протокола маршрутизации EIGRP.

Для реализации проекта выполнен анализ структуры предприятия, и обозначено территориальное расположение каждого офиса, что позволило разработать топологию корпоративной сети передачи данных.

Предложенная трех двухуровневая модель позволила развивать вычислительную сеть по мере роста предприятия и соответственно сети, в итоге был соблюден подход при расширяемости.

Сделан анализ протоколов маршрутизации статических и динамических. Выяснили, что для проекта требуется протокол внутренней динамической маршрутизации. Рассмотрев протоколы внутренней динамической маршрутизации, сравнив их достоинства и недостатки был обоснован выбор протокола EIGRP.

Конкретизированы области маршрутизации протокола EIGRP на основании функциональной схемы. В результате чего была получена структурная схема проектируемой сети.

На уровнях доступа и распределения был реализован протокол виртуальных локальных сетей VLAN.

Рабочая модель проектируемой компьютерной сети была выполнена в программе Cisco Packet Tracer. В программе настроено активное сетевое оборудования для работы протокола маршрутизации EIGRP, протоколов VLAN. Выполнены проверки достигнутых целей в рабочей модели сети при помощи команд и средств визуализации.

Проектирование маршрутизации в трех двухуровневых сетях с использованием протокола маршрутизации EIGRP было выполнено в полном объеме согласно заданию и требованиям к современным сетям. Проект является современным и актуальным и может быть применен на практике.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Cisco Systems. Руководство Cisco по междоменной многоадресной

маршрутизации. – Москва: Издательство «Вильямс», 2004. – 290 с.

1. https://ru.wikipedia.org
2. https://www.intuit.ru/studies/courses/636/492/lecture/11133?page=2
3. http://wiki.merionet.ru/seti/2/eigrp/
4. https://www.cisco.com