По вашему запросу ничего не найдено :(
Убедитесь, что запрос написан правильно, или посмотрите другие
наши статьи:
Почитать лекцию №21 про беспроводную связь по 802.11 можно тут.
В предыдущих лекциях мы рассмотрели два примера передачи данных вида point-to-point по физическим носителям. В этих лекциях будут рассмотрены четыре примера передачи данных вида end-to-end. На рисунке 1 показана Recursive Internet Architecture (RINA).
Конечно, не каждый транспортный протокол точно сопоставляется с одним функциональным слоем в RINA, но сопоставление достаточно близко, чтобы быть полезным. Главное, что нужно запомнить-для каждого транспортного протокола есть четыре вопроса, которые вы можете задать:
Как протокол обеспечивает передачу данных или как он упорядочивает данные?
Как протокол предоставляет услуги мультиплексирования или возможность передавать несколько потоков данных на одном общем ресурсе?
Как протокол обеспечивает контроль ошибок, который должен включать не только обнаружение ошибок, но и устранение ошибок - либо путем повторной передачи, либо путем предоставления информации, достаточной для восстановления исходной информации?
Как протокол обеспечивает управление потоком?
Каждый из этих вопросов может включать ряд дополнительных вопросов, таких как определение Maximum Transmission Unit (MTU), обеспечение репликации пакетов для многоадресной рассылки и т. д.
В этих лекциях будут рассмотрены четыре протокола:
Интернет-протокол (IP), который обеспечивает нижнюю половину второй пары слоев. Основное внимание при рассмотрении IP уделяется схеме адресации для мультиплексирования и способности обеспечивать единый способ передачи данных для множества различных физических транспортных систем.
Протокол управления передачей (TCP), который обеспечивает одну версию верхней половины второй пары уровней. TCP обеспечивает управление ошибками и потоками, а также место для переноса информации о мультиплексировании для приложений и других протоколов, которые работают поверх TCP.
Протокол Quick User Datagram Protocol Internet Connections (QUIC), который обеспечивает другую версию верхней половины второй пары уровней. QUIC очень похож на TCP по своим функциям, но имеет некоторые существенные отличия от TCP в том, как он работает.
Протокол управляющих сообщений Интернета (ICMP).
Internet Protocol (IP)
Интернет-протокол (IP) был первоначально задокументирован в серии документов спецификации Интернет-протокола, называемых IEN, в середине 1970-х годов, в основном написанных Jonathan B. Postel. В этих документах описан протокол TCP, который при первоначальном развертывании включал в себя функции, содержащиеся в двух протоколах, IP и TCP. Postel отметил, что такое сочетание функциональности в едином протоколе не очень хорошо;
Адресное пространство IPv4 представляет собой 32-битное целое число без знака, что означает, что оно может нумеровать или адресовать 232 устройства - около 4,2 миллиарда устройств. Звучит много, но на самом деле все иначе по нескольким причинам:
Каждый адрес представляет один интерфейс, а не одно устройство. Фактически, IP-адреса часто используются для представления службы или виртуального хоста (или машины), что означает, что одно устройство часто будет использовать более одного IP-адреса.
Большое количество адресов теряется в процессе агрегации.
В начале 1990-х стало очевидно, что в Интернете скоро закончатся адреса в адресном пространстве IPv4; диаграммы, изображенные на рисунке 2, показывают изменение свободных и доступных IPv4 с течением времени, начиная с середины 1990-х годов.
Простым решением этой ситуации было бы расширение адресного пространства IPv4 для охвата большего количества устройств, но опыт работы с протоколом IPv4 привел к тому, что группа Internet Engineering Task Force (IETF) взяла на себя более крупную задачу: перепроектировать IPv4. Работа по замене началась в 1990 году, а первые проекты получили статус стандарта в 1998 году. Адресное пространство IPv6 содержит 2128 адресов, или примерно 3,4 × 1038.
IPv6 предназначен для предоставления услуг для нескольких различных протоколов, таких как TCP и QUIC. Таким образом, IPv6 предоставляет только две службы из четырех, необходимых для передачи данных по сети: транспорт, который включает маршалинг данных, и мультиплексирование.
Транспорт и Маршалинг
IP обеспечивает "базовый уровень", на котором работает широкий спектр протоколов более высокого уровня по множеству различных типов физических каналов. Для этого IP должен решить две проблемы:
Запуск на множестве различных физических протоколов и протоколов нижнего уровня при одновременном представлении согласованного набора сервисов более высоким уровням.
Адаптация к большому разнообразию размеров кадра, предоставляемых нижними уровнями
Чтобы создать единый протокол, на котором могут работать все протоколы верхнего уровня, IP должен "вписываться" в тип кадра многих различных типов протоколов физического уровня.
Ряд проектов описывает, как запустить IP поверх определенного физического уровня, включая сети MPEG-2, асинхронный режим передачи, оптические сети, протокол Point-to-Point (PPP), Vertical Blanking Interval (VBI) в телевидении, Fiber Distributed Data Interface (FDDI), и ряд других протоколов физического уровня. Эти проекты в значительной степени определяют, как переносить IP-дейтаграмму (или пакет) в кадре (или пакете) нижележащего физического уровня, и как включить межуровневое обнаружение, такое как протокол разрешения адресов (ARP), для работы с каждым типом носителя.
IP также должен определять, как переносить большие блоки данных через различные MTU, доступные на разных типах физических каналов. В то время как исходная спецификация Ethernet выбирала MTU в 1500 октетов для баланса между большими размерами пакетов и максимальным использованием канала, многие другие физические уровни были разработаны с большими MTU. Кроме того, приложения не склонны отправлять информацию аккуратными блоками размером с MTU. IP решает эти две проблемы, обеспечивая фрагментацию. На рисунке 3 это показано.
Если приложение (или протокол более высокого уровня) передает 2000 октетов данных для передачи в IP, реализация IP будет:
Определите MTU вдоль пути, по которому должны передаваться данные; обычно это происходит путем считывания настроенного значения или значения по умолчанию, установленного системным программным обеспечением.
Разбейте информацию на несколько фрагментов, основываясь на MTU минус прогнозируемый размер заголовков, включая заголовки туннелей и т. д.- метаданные, которые должны передаваться вместе с данными.
Отправьте первый фрагмент с дополнительным заголовком IPv6 (что означает, что заголовок фрагмента не должен быть включен в пакеты, которые не являются фрагментами большего блока данных).
Установите смещение в заголовке more fragments на первый октет исходного блока данных, который этот пакет представляет собой деление на 8; в Примере на рисунке 3 первый пакет имеет смещение 0, а второй-150 (1200/8).
Установите бит more fragments равным 0, если это последний фрагмент блока данных, и 1, если за ним следует больше фрагментов.
Этот размер общего блока данных, который IPv6 может переносить через фрагменты, ограничен размером поля смещения, которое составляет 13 бит. Следовательно, IPv6 может нести не более 214 октетов данных в виде последовательности фрагментов или блока данных размером около 65 536 октетов плюс один фрагмент размером с MTU. Все, что больше этого, должно быть каким-то образом разбито протоколом более высокого уровня перед передачей в IPv6 для транспортировки.
Наконец, IP должен обеспечивать какой-то способ передачи пакетов по сети, использующей более одного типа физического уровня. Это решается путем перезаписи заголовков нижнего уровня на каждом этапе в сети, где могут быть взаимосвязаны несколько типов мультимедиа. Устройства, которые переписывают заголовки нижнего уровня таким образом, изначально назывались шлюзами, но теперь обычно называются маршрутизаторами, поскольку они направляют трафик на основе информации, содержащейся в заголовке IP.
Есть и другие интересные аспекты того, как IPv6 передает данные. На рисунке 4 показан заголовок IPv6, с которым можно работать.
На рисунке 4:
Версия установлена на 6 для IPv6.
traffic class разделен на два поля: 6 бит для передачи типа услуги (или класса услуги), 2 бита для передачи уведомления о перегрузке.
flow label предназначена для указания устройствам пересылки, как хранить пакеты в одном потоке на одном и том же пути в наборе путей с многолучевым распространением с равной стоимостью (ECMP).
payload length указывает количество данных, переносимых в пакете, в октетах.
next header предоставляет информацию о любых дополнительных заголовках, содержащихся в пакете. Заголовок IPv6 может содержать информацию, выходящую за рамки того, что содержится в основном заголовке.
hop limit - это количество раз, когда этот пакет может быть "обработан" сетевым устройством, прежде чем он будет отброшен. Любой маршрутизатор (или другое устройство), перезаписывающий заголовки нижнего уровня, должен уменьшить это число на единицу в процессе пересылки; когда предел перехода достигает 0 или 1, пакет следует отбросить.
Важно! Счетчик скачков используется для предотвращения постоянного зацикливания пакета в сети. Каждый раз, когда пакет пересылается сетевым устройством, счетчик переходов уменьшается на единицу. Если счетчик переходов достигает 0, пакет отбрасывается. Если пакет зацикливается в сети, счетчик переходов (также называемый временем жизни или TTL) в конечном итоге будет уменьшен до 0, и пакет будет отброшен.
Заголовок IPv6 представляет собой смесь переменной (Type Length Value [TLV]) и информации фиксированной длины. Основной заголовок состоит из полей фиксированной длины, но следующее поле заголовка оставляет открытой возможность дополнительных (или расширенных) заголовков, некоторые из которых форматируются как TLV. Это позволяет создавать пользовательские аппаратные средства (например, прикладную интегральную схему [ASIC]) для быстрого переключения пакетов на основе полей фиксированной длины, оставляя открытой возможность переноса данных переменной длины, которые могут быть обработаны только в программном обеспечении.
Мультиплексирование
IPv6 позволяет мультиплексировать двумя способами:
Предоставляя большое адресное пространство для использования при идентификации хостов и сетей (или, в более широком смысле, достижимых пунктов назначения).
Предоставляя пространство, в которое протокол верхнего уровня может поместить номер протокола, что позволяет нескольким протоколам работать поверх IPv6.
Адресация IPv6
Адрес IPv6 имеет 128 битов, что означает, что может быть до 2128 адресов - огромное количество адресов, которых, возможно, хватит, чтобы сосчитать каждую крупицу пыли на Земле. Адрес IPv6 обычно записывается как последовательность шестнадцатеричных чисел, а не как последовательность из 128 нулей и единиц, как показано на рисунке 5.
В формате IPv6 адреса стоит отметить двоеточие:
Начальные нули в каждом разделе (выделены двоеточием) опускаются.
Одну длинную строку нулей можно заменить двойным двоеточием в адресе только один раз.
Почему так много адресов? Потому что многие адреса никогда не используются ни в одной схеме адресации.
Во-первых, многие адреса никогда не используются, потому что адреса агрегируются. Агрегация - это использование одного префикса (или сети, или достижимого пункта назначения) для представления большего числа достижимых пунктов назначения. Рисунок 6 иллюстрирует это.
На рисунке 6:
Хостам A и B даны 101 :: 1 и 101 :: 2 в качестве их адресов IPv6. Однако эти два хоста подключены к одному широковещательному сегменту (например, Ethernet) и, следовательно, используют один и тот же интерфейс в C. Даже если C имеет адрес в этой общей сети, он фактически объявляет саму сеть - некоторые инженеры считают это полезно думать о самом проводе как о достижимом пункте назначения: 101 :: / 64.
E получает два достижимых назначения, 101::/64 от C и 102::/64 от D. Уменьшая длину префикса, он может анонсировать одно достижимое назначение, которое включает в себя оба этих более длинных префиксных достижимых назначения. E рекламирует 100:: / 60.
G, в свою очередь, получает 100 :: / 60 от E и 110: / 60 от F. Опять же, это же адресное пространство может быть описано с помощью единственного достижимого пункта назначения, 100 :: / 56, так что это то, что G объявляет.
Как эта агрегация работает в реальном адресном пространстве? Рисунок 7 объясняет это.
Длина префикса, которая представляет собой число после косой черты в reachable destination, сообщает вам количество битов, которые учитываются при определении того, что является частью префикса (и, следовательно, также, что нет). Длина префикса отсчитывается слева направо. Любой набор адресов с одинаковыми значениями чисел в пределах длины префикса считается частью одного и того же reachable destination.
В полном адресном пространстве IPv6 128 бит, поэтому / 128 представляет один хост.
В адресе с 64-битной длиной префикса (/ 64) только четыре левых раздела IPv6-адреса являются частью префикса или reachable destination; остальные четыре правые части IPv6-адреса считаются адресами хоста или подсети, которые "содержатся" в префиксе.
В адресе с длиной префикса 60 бит (/ 60) четыре левых раздела IPv6-адреса минус одна шестнадцатеричная цифра считаются частью reachable destination или префикса.
В адресе с длиной префикса 56 бит (/ 56) четыре левых раздела IPv6-адреса минус две шестнадцатеричные цифры считаются частью reachable destination или префикса.
Пока вы всегда изменяете длину префикса с шагом 4 (/ 4, / 8, / 12, / 16 и т. Д.), значащие цифры или цифры, которые являются частью префикса, всегда будут перемещать единицу в вправо (при увеличении длины префикса) или влево (при уменьшении длины префикса).
Агрегация иногда кажется сложной, но это важная часть IP.
Некоторая часть адресного пространства используется при автоконфигурации. Важно учитывать взаимодействие между автоконфигурацией и назначением адреса IPv6. Как правило, необходимо выделить некоторый объем адресного пространства, чтобы гарантировать, что никакие два устройства, подключенные к сети, не будут иметь одинаковый идентификатор. В случае IPv6 половина адресных пространств (все, что больше / 64) в определенных диапазонах адресов выделяется для формирования уникальных идентификаторов для каждого устройства.
В-третьих, некоторые адреса зарезервированы для специального использования. Например, в IPv6 следующие адресные пространства предназначены для специального использования:
::ffff / 96 зарезервирован для IPv4-адресов, которые "сопоставляются" с адресным пространством IPv6.
fc00 :: / 7 зарезервирован для уникальных локальных адресов (ULA); пакеты с этими адресами не предназначены для маршрутизации в глобальном Интернете, а скорее хранятся в сети одной организации.
fe80::/10 выделен для локальных адресов связи; эти адреса автоматически назначаются на каждом интерфейсе и используются только для связи по одному физическому или виртуальному каналу связи.
:: / 0 устанавливается в качестве маршрута по умолчанию; если сетевое устройство не знает никакого другого способа добраться до определенного пункта назначения, оно будет перенаправлять трафик по маршруту по умолчанию.
В-четвертых, устройствам может быть присвоено несколько адресов. Многие сетевые администраторы склонны думать об адресе так, как если бы он описывал один узел или систему. На самом деле, один адрес может быть использован для описания многих вещей, в том числе:
Один хост или система
Единый интерфейс на хосте или в системе; хост с несколькими интерфейсами будет иметь несколько адресов
Набор доступных сервисов на хосте или системе; например, виртуальной машине или конкретной службе, работающей на хосте, может быть назначен адрес, отличный от любого из адресов, назначенных интерфейсам хоста.
Не существует необходимой прямой корреляции между адресом и физическим устройством или между адресом и физическим интерфейсом.
Мультиплексирование между процессами
Второй механизм мультиплексирования позволяет нескольким протоколам работать на одном и том же базовом уровне. Эта форма мультиплексирования обеспечивается через номера протоколов. Рисунок 8 демонстрирует это.
next header заголовка либо указывает на:
next header в пакете IPv6, если есть next header
Номер протокола, если next header является транспортным протоколом (например, TCP).
Эти дополнительные заголовки называются дополнительными или расширенными заголовками; некоторые из них имеют фиксированную длину, а другие основаны на TLV; например:
Параметрах Hop-by-hop: набор TLV, описывающих действия, которые должно предпринять каждое устройство пересылки.
Маршрутизации: набор типов маршрутов фиксированной длины, используемых для указания пути, по которому пакет должен пройти через сеть.
Фрагмент: набор полей фиксированной длины, содержащий информацию о фрагменте пакета.
Заголовок аутентификации: набор TLV, содержащих информацию аутентификации и / или шифрования.
Jumbogram: необязательное поле длины данных, позволяющее пакету IPv6 нести на один байт менее 4 ГБ данных.
next header имеет длину 8 бит, что означает, что оно может содержать число от 0 до 255. Каждое число в этом диапазоне присваивается либо определенному типу заголовка опции, либо конкретному протоколу более высокого уровня. Например:
0: next header -это опция IPv6 hop-by-hop.
1: Полезная нагрузка пакета - это протокол Internet Control Message Protocol (ICMP).
6: Полезная нагрузка пакета-TCP.
17: Полезная нагрузка пакета - это UDP.
41: Полезная нагрузка пакета-IPv6.
43: next header - это routing header IPv6
44: next header -это fragment header IPv6
50: next header -это Encapsulated Security Header (ESH).
Номер протокола используется принимающим хостом для отправки содержимого пакета правильному локальному процессу для обработки; обычно это означает удаление заголовков нижнего (физического) уровня из пакета, помещение пакета во входную очередь для правильного процесса (например, TCP), а затем уведомление операционной системы о том, что соответствующий процесс должен быть запущен.
Определение проблемного пространства
Сетевые инженеры часто сталкиваются с проблемой слишком большого трафика для слишком малого канала связи. В частности, почти в каждом пути через сеть одно звено ограничивает весь путь, так же как один перекресток или одна дорога ограничивает поток трафика. Рисунок ниже иллюстрирует это.
На рисунке A обменивается данными с G, а B обменивается данными с E. Если каждая из этих пар устройств использует близкую к доступной полосе пропускания на своих локальных каналах ([A, C], [B, C], [F, G] и D, E]), предполагая, что все каналы имеют одинаковую скорость, канал [C, D] будет перегружен трафиком, превратившись в узкую точку в сети.
Когда канал перегружен, например канал [C, D] на рисунке ниже, по каналу будет отправлено больше трафика, чем пропускная способность канала. Во время перегрузки сетевое устройство, такое как маршрутизатор или коммутатор, должно определять, какой трафик следует перенаправить, какой отбросить и в каком порядке следует пересылать пакеты. Для решения этой проблемы были созданы различные схемы приоритезации.
Управление перегрузкой каналов путем приоритизации одних классов трафика над другими входит в широкий раздел качества обслуживания (QoS). Восприятие QoS среди сетевых инженеров вызывает беспокойство по многим причинам. Например, многие реализации, даже недавние, как правило, не так хорошо продуманы, как могли бы быть, особенно в том, как они настроены и поддерживаются. Кроме того, ранние схемы не всегда работали хорошо, и QoS часто может добавить проблем в сети, а не облегчить их, и, как правило, очень трудно устранить неполадки.
По этим причинам, а также из-за того, что конфигурация, необходимая для реализации схем приоритезации, имеет тенденцию к непостижимости, QoS часто считается темным искусством. Чтобы успешно реализовать стратегию QoS, вы должны классифицировать трафик, определить стратегию организации очередей для различных классов трафика и согласованно установить стратегию на всех сетевых устройствах, которые могут испытывать перегрузку каналов.
Хотя можно погрузиться во множество различных функций и функций схем и реализаций QoS, результат всегда должен быть одним и тем же.
Почему бы просто не сделать линии связи достаточно большими?
После обдумывания ценностного предложения QoS очевидной реакцией будет вопрос, почему сетевые инженеры просто не выбирают достаточно большие линии связи, чтобы избежать перегрузки. В конце концов, если бы линии связи были достаточно большими, перегрузка исчезла бы. Если перегрузка исчезнет, исчезнет необходимость отдавать приоритет одному типу трафика над другим. Весь трафик будет доставлен, и все эти досадные проблемы, связанные с недостаточной пропускной способностью, будут устранены. Действительно, избыточное выделение ресурсов, возможно, является лучшим QoS из всех.
К сожалению, стратегия избыточного обеспечения не всегда является доступным вариантом. Даже если бы это было так, самые большие доступные каналы связи не могут преодолеть определенные модели трафика. Некоторые приложения будут использовать столько пропускной способности, сколько доступно при передаче данных, создавая точку перегрузки для других приложений, совместно использующих линию связи. Другие будут передавать в микроперерывах, подавляющих сетевые ресурсы в течение короткого времени, и некоторые транспортные механизмы-такие как протокол управления передачей (TCP)-будут намеренно собирать путь время от времени, чтобы определить наилучшую скорость передачи данных. В то время как более крупная линия связи может сократить время существования состояния перегрузки, в некоторых сценариях нет такой вещи, как наличие достаточной полосы пропускания для удовлетворения всех требований.
Большинство сетей построены на модели избыточной подписки, когда некоторая совокупная пропускная способность распределяется в определенных узких местах. Например, коммутатор Top of Rack (ToR) в загруженном центре обработки данных может иметь 48 портов 10GbE, обращенных к хостам, но только 4 порта 40GbE, обращенных к остальной части центра обработки данных. Это приводит к коэффициенту переподписки 480:160, который уменьшается до 3:1. Неявно, 160 Гбит/с полосы пропускания центра обработки данных является потенциальным узким местом - точкой перегрузки - для 480 Гбит/с полосы пропускания хоста. И все же соотношение переподписки 3:1 является обычным явлением в схемах коммутации центров обработки данных. Зачем?
Окончательный ответ - часто деньги. Часто можно спроектировать сеть, в которой граничные порты соответствуют доступной пропускной способности. Например, в структуре центра обработки данных, приведенной выше, почти наверняка можно добавить достаточную пропускную способность канала, чтобы обеспечить 480 Гбит / с из ToR в структуру, но стоимость вполне может быть непомерно высокой. Сетевой инженер должен учитывать не только стоимость порта и оптоволокна, но и стоимость дополнительного питания, а также стоимость дополнительного охлаждения, необходимого для управления окружающей средой после добавления необходимых дополнительных устройств, и даже затраты дополнительного места в стойке и веса пола.
Затраты денег на обеспечение более высокой пропускной способности сети также могут быть трудно оправданы, если сеть редко перегружена. Некоторые события перегрузки не являются достаточно частыми, чтобы оправдать дорогостоящее обновление сети. Будет ли город тратить миллионы или миллиарды долларов на улучшение транспортной инфраструктуры, чтобы облегчить движение раз в год, когда политик приезжает с визитом? Нет. Вместо этого для решения проблемы с трафиком вносятся другие корректировки.
Например, компании могут наиболее остро столкнуться с этим ограничением в глобальных сетях, где каналы арендуются у поставщиков услуг (SP). Частично поставщики услуг зарабатывают деньги на объединении разрозненных географических регионов для организаций, которые не могут позволить себе прокладывать и использовать оптоволоконные кабели большой протяженности самостоятельно. Эти линии дальней связи обычно предлагают гораздо более низкую пропускную способность, чем более короткие, местные линии связи в одном кампусе или даже в одном здании. Высокоскоростное соединение в университетском городке или центре обработки данных может легко перегрузить более медленные каналы дальней связи.
Организации будут устанавливать максимально возможные размеры дальних (таких как межсайтовые или даже межконтинентальные) линий связи, но, опять же, важно помнить о деньгах.
В мире избыточной подписки и последующих точек перегруженности, а также временных моделей трафика, которые требуют тщательного управления, схемы приоритизации трафика QoS всегда будут необходимы.
Классификация
Схемы приоритизации QoS действуют на различные классы трафика, но что такое класс трафика и как он определяется?
Классы трафика представляют собой агрегированные группы трафика. Потоки данных из приложений, требующих аналогичной обработки или представляющих аналогичные схемы трафика в сети, помещаются в группы и управляются политикой QoS (или классом обслуживания, CoS). Эта группировка имеет решающее значение, поскольку было бы трудно определить уникальные политики QoS для потенциально бесконечного числа приложений. С практической точки зрения сетевые инженеры обычно группируют трафик в четыре класса. Конечно, возможны и другие классы, и такие схемы существуют в производственных сетях. Однако управление системой классификации и политическими действиями становится все более утомительным по мере того, как число классов превышает четыре.
Каждый пакет может быть отнесен к определенной CoS на основе адреса источника, адреса назначения, порта источника, порта назначения, размера пакета и других факторов. Предполагая, что каждое приложение имеет свой собственный профиль или набор характеристик, каждое приложение может быть помещено в определенный CoS и действовать в соответствии с локальной политикой QoS. Проблема с этим методом классификации трафика заключается в том, что классификация является только локально значимой-действие классификации относится только к устройству, выполняющему классификацию.
Такая классификация пакетов требует много времени, а обработка каждого пакета потребует больших вычислительных ресурсов. Поэтому лучше не повторять эту обработку на каждом устройстве, через которое проходит пакет. Вместо этого лучше один раз классифицировать трафик, пометить пакет в этой единственной точке и действовать в соответствии с этой маркировкой на каждом последующем переходе в сети.
Примечание: Несмотря на то, что пакеты и кадры в сети различны, в этой статье будет использоваться термин пакеты.
Были разработаны и стандартизированы различные схемы маркировки, такие как 8-битное поле типа обслуживания (ToS), включенное в заголовок Интернет-протокола версии 4 (IPv4). Версия 6 того же протокола (IPv6) включает 8-битовое поле класса трафика, служащее аналогичной цели. Кадры Ethernet используют 3-битное поле как часть спецификации 802.1p. На рисунке показано поле ToS IPv4.
В наилучшей сетевой практике классификация трафика должна приводить к одному действию и только к одному действию-маркировке. Когда пакет помечен, присвоенное значение может сохраняться и действовать на протяжении всего пути следования пакета по сетевому пути. Классификация и последующая маркировка должны быть "одноразовым" событием в жизни пакета.
Лучшая практика QoS - рекомендуется маркировать трафик, как близко к источнику, насколько это возможно. В идеале трафик будет помечен в точке входа в сеть. Например, трафик, поступающий в сетевой коммутатор с персонального компьютера, телефона, сервера, устройства Интернета вещей и т. д. будет помечена, и метка будет служить классификатором трафика на пути следования пакета по сети.
Альтернативная схема классификации и маркировки трафика входящим сетевым устройством заключается в том, что приложение само маркирует свой собственный трафик. Другими словами, пакет отправляется с уже заполненным байтом ToS. Это поднимает проблему доверия. Следует ли разрешить приложению ранжировать собственную важность? В худшем случае все приложения эгоистично помечают свои пакеты значениями, указывающими наивысшую возможную важность. Если каждый пакет помечен как очень важный, то на самом деле ни один пакет не является особо важным. Чтобы один пакет был более важным, чем любой другой, должна быть дифференциация. Классы трафика должны иметь разные уровни важности, чтобы схемы приоритезации QoS имели какое-либо значение.
Для сохранения контроля над классификацией трафика все сети, реализующие QoS, имеют границы доверия. Границы доверия позволяют сети избежать ситуации, когда все приложения помечают себя как важные. Представьте, что произошло бы на перегруженной дороге, если бы у каждого автомобиля были мигающие аварийные огни - действительно важные автомобили не выделялись бы.
В сети некоторым приложениям и устройствам доверяют отмечать свой собственный трафик. Например, IP-телефонам обычно доверяют соответствующим образом маркировать свой потоковый голосовой трафик и трафик протокола управления, то есть метки, которые IP-телефоны применяют к своему трафику, принимаются входным сетевым устройством. Другие конечные точки или приложения могут быть ненадежными, что означает, что байт ToS пакета стирается или перезаписывается при входе. По умолчанию большинство сетевых коммутаторов стирают метки, отправленные им, если они не настроены на доверие определенным устройствам. Например, производителям, помещенным в пакет сервером, часто доверяют, а маркировкам, установленным конечным хостом, - нет. На рисунке ниже показана граница доверия.
На рисунке 3 пакеты, передаваемые B, помечены AF41. Поскольку эти пакеты исходят от хоста в домене доверия QoS, маркировка остается, пока они проходят через D. Пакеты, исходящие от A, помечаются EF; однако, поскольку A находится за пределами доверенного домена QoS, эта маркировка удаляется в D. Пакеты в пределах доверенного домена, исходящие из A, рассматриваются как немаркированные с точки зрения QoS. Маркировка протокола физического уровня и верхнего уровня может быть связана, а может и не быть. Например, маркировка верхнего уровня может быть скопирована в маркировку нижнего уровня, или маркировка нижнего уровня может быть перенесена через сеть, или маркировка нижнего уровня может быть удалена. Существует множество различных возможных реализаций, поэтому вы должны быть осторожны, чтобы понять, как маркировка обрабатывается на разных уровнях, а также на каждом переходе.
Хотя операторы сети могут использовать любые значения, которые они выбирают в байте ToS для создания различных классов трафика, часто лучше придерживаться некоторых стандартов, таких как значения, определенные стандартами IETF RFC. Эти стандарты были определены для того, чтобы дать сетевым инженерам логическую схему, позволяющую надлежащим образом различать множество различных классов трафика.
Две из этих схем "Per Hop Behavior" появляются в RFC2597, Assured Forwarding (AF), и RFC3246, Expedited Forwarding (EF), а также в различных других RFC, обновляющих или уточняющих содержание этих основополагающих документов. Оба эти RFC определяют схемы маркировки трафика, включая точные значения битов, которые должны заполнять байт ToS или байт класса трафика IP-заголовка, чтобы указать конкретный тип трафика. Они известны как точки кода дифференцированного обслуживания или значения DSCP.
Например, схема гарантированной пересылки RFC2597 определяет 12 значений в побитовой иерархической схеме для заполнения восьми битов в поле байта ToS. Первые три бита используются для идентификации класса, а вторые три бита определяют приоритет отбрасывания. Последние два бита не используются. Таблица 1 иллюстрирует маркировку кода для нескольких классов AF.
В таблице 1 показано значение бита DSCP для AF11, трафика класса 1 с низким приоритетом отбрасывания, равным 001 010, где "001" обозначает класс 1, а "010" обозначает приоритет отбрасывания. Изучение таблицы более глубоко раскрывает бинарный паттерн, выбранный авторами RFC. Весь трафик класса 1 помечается 001 в первых трех битах, весь класс 2-010 в первых трех битах и т. д. Весь трафик с низким приоритетом отбрасывания помечается 010 во-вторых трех битах, весь трафик со средним приоритетом отбрасывания-100 во-вторых трех битах и т. д.
Схема гарантированной пересылки показана в таблице 2 для примера. Это не исчерпывающий список кодовых точек, используемых при классификации трафика QoS. Например, схема выбора класса, описанная в RFC2474, существует для обратной совместимости со схемой маркировки приоритета IP. Приоритет IP использует только первые три бита байта ToS, всего восемь возможных классов. Селектор классов также использует восемь значений, заполняя первые три бита шестибитового поля DSCP значимыми значениями (соответствующими устаревшей схеме приоритета IP), а последние три бита - нулями. В таблице 2 показаны эти селекторы классов.
RFC3246 определяет требования к задержке, потерям и джиттеру трафика, который должен быть перенаправлен быстро, вместе с единственной новой кодовой точкой - EF, которой присвоено двоичное значение 101 110 (десятичное 46).
Количество и разнообразие формально определенных значений DSCP может показаться ошеломляющим. Комбинированные определения AF, CS и EF сами по себе приводят к формальным определениям для 21 различных классов из возможных 64, использующих шесть битов поля DSCP. Ожидается ли, что сетевые инженеры будут использовать все эти значения в своих схемах приоритезации QoS? Следует ли разбивать трафик с такой высокой степенью детализации для эффективного QoS?
На практике большинство схем QoS ограничиваются от четырех до восьми классов трафика. Различные классы позволяют обрабатывать каждую группу по-своему во время перегрузки. Например, один класс трафика может быть сформирован так, чтобы соответствовать определенному порогу пропускной способности. Другой класс трафика может иметь приоритет над всем остальным трафиком. Еще один может быть определен как критически важный для бизнеса или трафик, который важнее большинства, но менее важен, чем некоторые. Трафик сетевого протокола, критичный для стабильности инфраструктуры, можно рассматривать как очень высокий приоритет. Класс трафика scavenger может находиться в конце списка приоритетов, получая немного больше внимания, чем немаркированный трафик.
Схема, включающая эти значения, вероятно, будет представлять собой сочетание кодовых точек, определенных в различных RFC, и может несколько отличаться от организации к организации. Обычно принятые значения включают EF для критического трафика с требованием своевременности, например VoIP, и CS6 для трафика управления сетью, такого как протоколы маршрутизации и резервирования на первом этапе. Немаркированный трафик (т.е. значение DSCP, равное 0) доставляется по принципу "максимальных усилий", без каких-либо гарантий уровня обслуживания (обычно это считается классом scavenger, как указано выше).
В наших материалах по Cisco, посвященных конфигурации сетевых устройств мы часто встречаемся со стандартными листами (списками) контроля доступа. А теперь поговорим о расширенных. Расширенные листы могут также фильтровать трафик по следующим параметрам:
IP-адреса - фильтрация на основе IP-адреса источника и адреса назначения;
Порты - фильтрация на основе порта источника / порта назначения;
Тип протокола TCP/IP - протоколы TCP, UDP, IP и так далее;
Что делать?
Для начала необходимо создать лист. Сделаем это с помощью команды:
access list NUMBER permit|deny IP_PROTOCOL SOURCE_ADDRESS WILDCARD_MASK [PROTOCOL_INFORMATION] DESTINATION_ADDRESS WILDCARD_MASK PROTOCOL_INFORMATION
Синтаксис команды следующий:
NUMBER - номер листа;
PERMIT/DENY - разрешение или запрет трафика;
SOURCE/DESTINATION ADDRESS - адреса источника и назначения;
WILDCARD_MASK - обратная маска;
PROTOCOL_INFORMATION - название или номер протокола TCP, UDP, IP и так далее;
Кстати, для расчета wildcard (обратной) маски, вы можете воспользоваться нашим калькулятором подсетей:
Калькулятор подсетей
Следующим шагом необходимо применить наш свежесозданный лист на интерфейс и его направление (на вход или выход):
ip access-group NUMBER out
Параметры in и out определяют направление, на котором будет применен лист контроля доступа
Для нумерации расширенных листов контроля доступа необходимо использовать следующую нумерацию: со 100 до 199 и с 2000 до 2699
Пример настройки (сценарий №1)
В топологии указанной ниже, нам нужно разрешить пользователям из подсети 10.0.0.0/24 доступ к серверу S2 (адрес 192.168.0.1), но не к серверу S1 (адрес 172.16.0.1/24).
Для начала, напишем ACL и разрешим доступ к серверу S2. Сделаем это мы следующей командой:
access-list 100 permit ip 10.0.0.0 0.0.0.255 192.168.0.1 0.0.0.0
Данная команда разрешает весь трафик из подсети 10.0.0.0 на хост 192.168.1.0. Затем, запретим доступ к серверу S1:
access-list 100 deny ip 10.0.0.0 0.0.0.255 172.16.0.1 0.0.0.0
Наконец, применим данные листы контроля доступа на интерфейсе R1:
int fa0/0
ip access-group 100 in
Пример настройки (сценарий №2)
Приведем иной пример использования расширенных листов контроля доступа: У нас снова есть сеть 10.0.0.0/24 и сервер S1, который слушает порт 80. Нам нужно разрешить пользователям доступ к веб-ресурсам на данном сервере, но также необходимо запретить какой-либо другой доступ, к примеру Telnet.
Для начала, нам нужно разрешить трафик из пользовательской подсети к веб-серверу на порту 80, что выполняется командой
access-list 100 permit tcp 10.0.0.0 0.0.0.255 172.16.0.1 0.0.0.0 eq 80
Используя ключевое слово TCP, мы можем фильтровать пакеты по портам источника и назначения. В примере выше, мы разрешили путь трафику из подсети 10.0.0.0 на хост 172.16.0.1 на порт 80 (веб-порт).
Теперь нужно запретить Telnet трафик из подсети 10.0.0.0 в подсеть 172.16.0.1. Для этого нужен еще один аксес-лист, на этот раз с запрещающим выражением:
access-list 100 deny tcp 10.0.0.0 0.0.0.255 172.16.0.1 0.0.0.0 eq 23
Далее, применим его на интерфейс с помощью следующих команд:
int fa0/0
ip access-group 100 in
Как мы уже описывали в предыдущей статье, в конце каждого листа всегда есть всезапрещающее правило. После применения первого правила, весь остальной трафик ходить не будет.