Лабораторна робота 04 основи роботи з керованими комутаторами cisco та мережною

Лабораторна робота 04
ОСНОВИ РОБОТИ З КЕРОВАНИМИ
КОМУТАТОРАМИ CISCO ТА МЕРЕЖНОЮ
ОПЕРАЦІЙНОЮ СИСТЕМОЮ CISCO IOS
Мета заняття: ознайомитися із загальною будовою керованого комутатора Cisco; ознайомитися з основними можливостями мереж- ної операційної системи Cisco IOS та розглянути особливості її за- стосування на керованих комутаторах Cisco; дослідити можливості
Cisco IOS з налагодження та діагностування основних параметрів функціонування керованих комутаторів Cisco.
Теоретичні відомості
Будова керованого комутатора Cisco
Фірма Cisco займається розробкою і виробництвом комутаторів понад 20 років. За цей період проектувальники та інженери Cisco додали до базового функціоналу комутатора Ethernet велику кіль- кість нових функцій, реалізували підтримку багатьох мережних протоколів, спеціалізованих технологій, архітектурних та технологі- чних рішень. Багато розробок були включені до стандарту IEEE
802.3 або стали новими стандартами.
Типова структурна схема комутатора Ethernet фірми Cisco наве- дена на рис. 1. Основними складовими комутатора є:
– центральний процесор (CPU, Central Processing Unit);
– блок комутації (Switch Fabric);
– блок постійної пам’яті (OnBoard ROM, Read-Only Memory);
– блок оперативної пам’яті (OnBoard RAM, Random Access Memory типу DRAM, Dynamic RAM або SDRAM, Synchronous DRAM);
– блок постійної перезаписуваної пам’яті (OnBoard Flash);
– блок змінної перезаписуваної пам’яті (Removable Flash);
– блок енергонезалежної пам’яті (NVRAM, Non-Volatile Random
Access Memory);
– блоки керування інтерфейсами/портами Ethernet (Port ASICs);
– блоки фізичного рівня, трансивери Ethernet (PHYs, Physical
Layer Devices);
– блоки фізичного рівня для формування стеку (Stack Port
PHYs);
– блоки керування інтерфейсів/портів для підключення робочих станцій керування (Management Interfaces).

3
CP U
Switch
F abric
Removable
Flash
ROM
DRAM/
SDRAM
OnBoard
Flash
UART
USB
Port
ASIC
Port
ASIC
Port
PHY
Port
PHY
…
…
Console
Port
AUX
Port
Stack Port
ASIC
Stack
PHY
MGMT
ASIC
MGMT
PHY
NVRAM
USB
Console Port
Рис. 1. Типова структурна схема комутатора Ethernet фірми Cisco
Центральний процесор (CPU) забезпечує керування комутато- ром та координацію роботи його складових, а також забезпечує ак- туальність основної таблиці комутації. Блок комутації (Switch
Fabric) виконує такі функції: забезпечує передачу трафіка між пор- тами, надає якість обслуговування, забезпечує відмовостійкість. Цей блок може бути реалізований у вигляді однієї спеціалізованої мікро- схеми великого ступеня інтеграції або кількох спеціальним спосо- бом поєднаних мікросхем. Блок комутації характеризується пропус- кною здатністю (Switch Fabric Capacity, Forwarding Bandwidth), що вимірюється у Гбіт/с. До блока комутації підключені блоки керу- вання інтерфейсами/портами Ethernet та відповідних стекових тех- нологій. Один такий блок може забезпечувати функціонування кі- лькох портів Ethernet або кількох стекових портів. До блоків керу- вання інтерфейсами підключені відповідні блоки фізичного рівня
(трансивери) Ethernet та блоки фізичного рівня відповідних техно- логій стекування.
У постійній пам’яті (OnBoard ROM) комутатора містяться про- цедура початкового самотестування пристрою POST (Power-On Self-
Test) та програма початкового завантаження Boot Loader. Блок опе- ративної пам’яті (OnBoard RAM) виконує функції, що аналогічні такому ж блоку персонального комп’ютера. В оперативній пам’яті після завантаження розміщується Cisco IOS, ця пам’ять також ви- користовується для забезпечення процесу передачі кадрів між пор-

4
тами. Блок постійної перезаписуваної пам’яті (OnBoard Flash) вико- нує функції накопичувача пристрою. Він містить файл образу Cisco
IOS та деякі конфігураційні файли, які створюються у процесі нала- годження та використовуються у процесі роботи комутатора. Фай- лів образів у перезаписуваній пам’яті може міститися кілька. Мож- ливості постійної перезаписуваної пам’яті можуть бути розширені за рахунок застосування блока змінної перезаписуваної пам’яті
(Removable Flash). Блок енергонезалежної пам’яті (NVRAM) засто- совується для збереження конфігурації комутатора.
Для забезпечення налагодження та керування комутатором ная- вні блоки керування інтерфейсів/портів для підключення робочих станцій керування, що підтримують застосування різних фізичних
інтерфейсів: послідовного інтерфейсу, інтерфейсу USB, інтерфейсу
Ethernet. Для забезпечення функціонування послідовних інтерфейсів
(основного – Console Port, допоміжного – AUX Port) застосовується блок, що базується на мікросхемі UART. Для забезпечення функці- онування інтерфейсу USB (USB Console Port) – відповідний блок
USB. Для підключення робочих станцій керування із застосуванням технологій Ethernet через інтерфейс керування MGMT – блок, який аналогічний за функціями блока керування портом Ethernet. У де- яких моделях комутаторів блок інтерфейсу USB також підтримує можливість підключення зовнішніх змінних USB-носіїв або при- строїв.
Фірмою Cisco розроблено велику кількість моделей комутаторів
Ethernet, які відрізняються своїм функціоналом та можливостями.
Частина моделей орієнтовані на використання у невеликих локаль- них мережах із неінтенсивним інформаційним обміном – домашніх мережах або мережах малих офісів. Частина моделей орієнтована на використання у високошвидкісних локальних, кампусних або гло- бальних мережах. Як правило, моделі комутаторів, що застосову- ються для побудови невеликих локальних мереж та мереж доступу, забезпечують підключення пристроїв технологій Ethetnet/Fast
Ethetnet. Моделі комутаторів, що застосовуються для побудови ве- ликих локальних мереж, мереж розподілу та магістральних мереж, забезпечують підключення пристроїв електричних або оптичних варіантів технологій Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet і вище.
Найвідомішими серіями комутаторів фірми Cisco є сучасні серії
Catalyst 2950, 2960, 3560, 3650, 3750, 3850. Однією з найбільш вжи- ваних нині серій є серія 2960.
Типово комутатор Cisco має фіксований набір з 8, 16, 24, 48 ін- терфейсів/портів Ethernet 10/100 Мбіт/с для підключення кінцевих

5
вузлів за допомогою витої пари. Іноді такі порти називають ліній- ними портами, або ,,Down-Link Ports”. Зовнішній вигляд передньої панелі 24-портового комутатора Catalyst 2960 наведений на рис. 2, а. У багатьох моделях комутаторів Cisco наявні додаткові один, два або чотири порти 1000 Мбіт/с. Ці високошвидкісні порти призначе- ні для: підключення серверів, з’єднання комутаторів між собою, підключення комутатора до маршрутизатора тощо. Часто ці порти називають магістральними портами, або ,,Up-Link Ports”. Порти
,,Up-Link” можуть бути фіксованими (рис. 2, б), як правило, вони орієнтовані на підключення за допомогою звитої пари, та змінними
(рис. 2, в) – у цьому разі вони орієнтовані на підключення або за допомогою витої пари, або за допомогою волоконно-оптичного ка- белю. Для підключення використовуються спеціальні змінні модулі
(SFP, SFP+ тощо), які встановлюються у відповідні слоти комутато- ра. Існують серії комутаторів Cisco, орієнтовані на використання виключно портів 1000 Мбіт/с або комбінацій портів 1000 Мбіт/с та
10 Гбіт/с. а б в
Рис. 2. Передня панель комутатора Cisco серії Catalyst 2960: а – модель 2960-24-S; б – модель 2960-24TT-L; в – модель 2960-Plus 24PC-S
Для позначення кількості інтерфейсів/портів як комутаторів
Cisco, так і комутаторів інших виробників, уведено поняття щільно- сті портів (Port Density). У більшості випадків щільність портів ко- мутатора можна дізнатися з назви його моделі. Наприклад, комута- тор Cisco Catalyst 2960-24-S має 24 порти Ethernet 10/100 Мбіт/с для

6
підключення пристроїв за допомогою витої пари. Наявність портів
,,Up-Link”, їх кількість та тип можна визначити з символьного поз- начення, що записується після кількості основних портів у назві мо- делі пристрою. Більш детальна інформація стосовно цих портів міс- титься у технічній документації.
На передній панелі комутатора Cisco також розміщуються кноп- ка переключення режимів світлодіодних індикаторів (Mode) та світ- лодіодні індикатори (LEDs), що призначені для відображення стану комутатора в цілому (рис. 3). Кожен порт Ethernet також має влас- ний індикатор, який відображає його стан.
Рис. 3. Індикатори та лінійні порти комутатора Cisco серії Catalyst 2960
У деяких моделях комутаторів на передній панелі також розмі- щуються консольний порт (порти), спеціалізований порт Ethernet мережного керування, інтерфейс(и) USB для підключення зовнішніх носіїв. Більшість із них також мають власні світлодіодні індикатори.
Загальні правила розуміння свічення індикаторів є такими. Якщо
індикатор не світиться (Off) – це свідчить про відключення або непра- цездатність пристрою в цілому, певного його блока, підсистеми або каналу зв’язку. Якщо індикатор світиться зеленим кольором (Green) або мерехтить зеленим кольором (Blinking Green) – це свідчить про но- рмальний режим роботи, якщо ж індикатор світиться жовтим кольо- ром (Amber) або мерехтить жовтим кольором (Blinking Amber) – це сві- дчить про те, що виникла певна проблема.
Позначення та короткий опис основних і додаткових світлодіод- них індикаторів та світлодіодних індикаторів окремих портів кому- таторів Cisco серії Catalyst 2960 наведені у табл. 1.
Таблиця 1

7
Світлодіодні індикатори комутатора Cisco
№ Позначення
Повна назва
Опис
Основні світлодіодні індикатори
1
SYST
System LED
Індикатор загального стану системи
2
RPS
(XPS)
Redundant Power
Supply (eXpandable
Power System) LED
Індикатор стану системи резервного живлення
3
STAT
Status LED
Індикатор стану портів (режим за замовчуванням)
4
DUPLX
Duplex LED
Індикатор напівдуплексної/дуплексної передачі портів
5
SPEED
Speed LED
Індикатор швидкості передачі портів
Додаткові світлодіодні індикатори
6
PoE
Power over
Ethernet LED
Індикатор живлення підключених вузлів через з’єднання Ethernet.
7
MSTR
Master Switch
LED
Індикатор головного комутатора стеку
8
STCK
Stack Switch LED Індикатор комутатора – члена стеку
9
S-PWR
Stack Power LED Індикатор живлення стеку
10
ACTV
Active LED
Індикатор активності комутатора
Світлодіодні індикатори звичайних портів та портів (інтерфейсів) керування
11
NX
1
Port LED
Індикатори окремих портів Ethernet 10/100/1000 Мбіт/с
12 Console
Console LED
Індикатор консольного порту
13 MGMT Managament LED Індикатор спеціалізованого порту керування 10/100 Мбіт/с
Примітка: 1 – N це номер відповідного порту Ethernet.
Опис станів основних світлодіодних індикаторів та індикаторів звичайних портів Ethernet і портів керування комутатора Cisco наведено у табл. 2. Необхідно зазначити, що порт Ethernet комутатора Cisco має лише один індикатор, який може працювати або у режимі відображен- ня стану порту STAT (активований за замовчуванням), або у режимі відображення напівдуплексної/дуплексної передачі DUPLX, або у ре- жимі відображення швидкості SPEED. Переключення між цими трьома режимами здійснюється циклічно кнопкою MODE. Режим встановлю-
ється для всіх портів одночасно. Для відображення обраного режиму призначені індикатори режимів STAT, DUPLX, SPEED. Опис станів додаткових індикаторів міститься у технічній документації.
Таблиця 2
Стани основних світлодіодних індикаторів комутатора Cisco
№ Свічення індикатора
Опис
Системний індикатор SYST
1
Off
Живлення комутатора не ввімкнено
2
Green
Живлення ввімкнене, ОС завантажилася і комутатор функ- ціонує коректно

8 3
Amber
Живлення ввімкнене, але ОС функціонує некоректно
Індикатор системи резервного живлення RPS
1
Off
Система вимкнена або некоректно підключена
2
Green
Система підключена і готова подати живлення за потреби
3
Blinking Green Система підключена, але не може подати живлення, бо за- безпечує роботу іншого пристрою
4
Amber
Система знаходиться у режимі резервування або несправна
5
Blinking Amber Внутрішній блок живлення комутатора вийшов з ладу і сис- тема забезпечує живлення пристрою
Індикатор STAT
1
Off
Канал зв’язку не функціонує або відключений
2
Green
Канал зв’язку функціонує нормально, але через інтерфейс дані не передаються
3
Blinking Green Канал зв’язку функціонує і через нього передаються дані
4
Blinking Amber Порт адміністративно вимкнений (або заблокований)
Індикатор DUPLX
1
Off
Порт функціонує у напівдуплексному режимі передачі
2
Green
Порт функціонує у дуплексному режимі передачі
Індикатор SPEED
1
Off
Порт функціонує на швидкості 10 Мбіт/с
2
Green
Порт функціонує на швидкості 100 Мбіт/с
3
Blinking Green Порт функціонує на швидкості 1000 Мбіт/с
Індикатор Console
1
Off
Консольний кабель не підключено або функціонує некоректно
2
Green
Консольний кабель підключено і порт функціонує коректно
Індикатор MGMT
1
Off
Порт функціонує на швидкості 10 Мбіт/с
2
Green
Порт функціонує на швидкості 100 Мбіт/с
На задній панелі комутатора Cisco типово розміщуються гніздо для підключення кабелю основного живлення, спеціальний слот для підключення системи резервного живлення та консольний порт. У деяких спеціалізованих моделях на задній панелі також містяться слоти для об’єднання комутаторів у стек.

9
Підключення до керованого комутатора Cisco
Налагодження та керування керованим комутатором може здій- снюватися з використанням таких видів підключень:
1. Консольне підключення (Console Connection).
2. Допоміжне підключення (Auxiliary Connection).
3. Мережне керуюче підключення (Network Management Connec- tion).
4. Мережне підключення (Network Connection).
Термін ,,підключення” (Connection) охоплює як фізичну (пряме кабельне з’єднання чи з’єднання через наявну мережну інфраструк- туру), так і програмну складові (програму – термінальний клієнт).
Для пристроїв Cisco поряд із терміном ,,підключення” застовується термін-синонім ,,лінія” (Line).
Консольне підключення (Console Connection) – це пряме підклю- чення послідовного порту комп’ютера до консольного порту кому- татора за допомогою спеціального консольного кабелю (рис. 4, а).
Це підключення також позначається як Console Out-of-Band Connec- tion. Консольне підключення є основним типом підключення для початкового налагодження комутатора. На схемах консольне підк- лючення позначається лінією з коротких штрихів.
Допоміжне підключення (Auxiliary Connection) – це підключення послідовного порту комп’ютера до допоміжного порту комутатора за допомогою модемів через телефонну мережу загального користу- вання (PSTN, Public Switched Telephone Network чи POTS, Plain Old
Telephone Service) (рис. 4, б). Часто це підключення позначається як
POTS Out-of-Band Connection. Таке підключення налагоджується з метою забезпечення функціонування резервного комутованого ка- налу керування для випадку, коли мережне підключення виходить із ладу і необхідно провести налагодження віддаленого пристрою. По- рти для здійснення допоміжних підключень реалізовувалися лише в перших моделях комутаторів Cisco.
Мережне керуюче підключення
(Network
Management
Connection) – це пряме підключення мережного адаптера Ethernet комп’ютера до спеціалізованого Ethernet-порту керування (In-Band
Ethernet Management Interface) комутатора за допомогою звичайного
(прямого) Ethernet кабелю (рис. 4, в). Таке підключення застосову-
ється у випадку, коли основні параметри комутатора є заздалегідь

10
налагодженими (наприклад, виробником) і наявна можливість для виконання підключення. Також таке підключення застосовується у разі, коли необхідно мати ізольований від решти портів комутато- ра, а отже і вузлів мережі, канал зв’язку для налагодження при- строю. Порти для здійснення мережного керуючого підключення реалізовують лише на деяких сучасних моделях комутаторів Cisco.
Основним типом підключення для поточного налагодження, ке- рування та діагностування процесів роботи комутатора є мережне підключення (Network Connection) – підключення через наявну ме- режну інфраструктуру (рис. 4, г). Це підключення також познача-
ється як Network In-Band Connection.
Console
RS-232 (USB)
RS-232
(USB) а
PSTN/POTS
RS-232
RS-232
RS-232
Aux
RS-232
RJ-11
RJ-11 б
Fa0
MGMT
в
LAN/WAN
Fa0
Fa0/1 г
Рис. 4. Підключення до керованого комутатора: а – консольне підключення; б – допоміжне підключення; в – мережне керуюче підключення; г – мережне підключення
У всіх випадках підключень використовуються спеціальні тер- мінальні програмні додатки, що мають засоби забезпечення функці- онування як прямих підключень, так і мережних підключень, що формуються з використанням протоколів віддаленого доступу.

11
Консольне підключення реалізовується з використанням або по- слідовних інтерфейсів RS-232 (EIA/TIA-232), або інтерфейсу USB.
Для інтерфейсу RS-232 можуть застосовуватися розніми DB-9 (ста- ндарт EIA/TIA-574), DB-25 (стандарт EIA/TIA-232/RS-232-E), RJ-45
(стандарт EIA/TIA-561). Для інтерфейсу USB застосовуються розні- ми USB Type A, USB Type B (5 pin mini-Type B). У більшості сучас- них моделей комутаторів Cisco для консольного підключення наявні або одне гніздо розніму RJ-45 (8P8C), або два гнізда – розніму RJ-45
і розніму USB 5 pin mini-Type B одночасно. Слід зазначити, що у певний момент часу активним може бути лише один консольний порт. Перевага надається порту USB. У разі підключення кабелю до цього порту, порт RJ-45 автоматично відключається, при відклю- ченні кабелю – активується. У старіших моделях комутаторів Cisco та на пристроях Cisco інших типів можуть застосовуватися розніми
DB-9, DB-25. Більшість виробників мережного обладнання у своїх пристроях застосовують аналогічні розніми. Консольний порт може розміщуватися як на передній, так і на задній панелях комутатора.
Для моніторингу функціонування консольного порту, які і решти портів, застосовуються світлодіодні індикатори.
Зображення гнізд рознімів DB-9, DB-25, RJ-45, USB 5 pin mini-
Type B та нумерація їх контактів наведені на рис. 5, а, б, в, г відпо- відно. Позначення та опис інформаційних сигналів для вищезгада- них рознімів наведені відповідно у табл. 3, 4, 5, 6. а б в г
Рис. 5. Нумерація контактів рознімів: а – DB-9; б – DB-25; в – RJ-45; г – USB 5 pin mini-Type B
Таблиця 3