System administration
22 December 2011

Сети для самых маленьких. Часть нулевая. Планирование

Tutorial
Это первая статья из серии «Сети для самых маленьких». Мы с товарищем thegluck долго думали с чего начать: маршрутизация, VLAN'ы, настройка оборудования.
В итоге решили начать с вещи фундаментальной и, можно сказать, самой важной: планирование. Поскольку цикл рассчитан на совсем новичков, то и пройдём весь путь от начала до конца.

Предполагается, что вы, как минимум читали о эталонной модели OSI (то же на англ.), о стеке протоколов TCP/IP (англ.), знаете о типах существующих VLAN’ов (эту статью я настоятельно рекомендую к прочтению), о наиболее популярном сейчас port-based VLAN и о IP адресах (более подробно). Мы понимаем, что для новичков «OSI» и «TCP/IP» — это страшные слова. Но не переживайте, не для того, чтобы запугать вас, мы их используем. Это то, с чем вам придётся встречаться каждый день, поэтому в течение этого цикла мы постараемся раскрыть их смысл и отношение к реальности.

Схема сети

Начнём с постановки задачи. Есть некая фирма, занимающаяся, допустим, производством лифтов, идущих только вверх, и потому называется ООО «Лифт ми ап». Расположены они в старом здании на Арбате, и сгнившие провода, воткнутые в пожжёные и прожжёные коммутаторы времён 10Base-T не ожидают подключения новых серверов по гигабитным карточкам. Итак у них катастрофическая потребность в сетевой инфраструктуре и денег куры не клюют, что даёт вам возможность безграничного выбора. Это чудесный сон любого инженера. А вы вчера выдержали собеседование и в сложной борьбе по праву получили должность сетевого администратора. И теперь вы в ней первый и единственный в своём роде. Поздравляем! Что дальше?

Следует несколько конкретизировать ситуацию.
  1. В данный момент у компании есть два офиса: 200 квадратов на Арбате под рабочие места и серверную. Там представлены несколько провайдеров. Другой на Рублёвке.
  2. Есть четыре группы пользователей: бухгалтерия (Б), финансово-экономический отдел (ФЭО), производственно-технический отдел (ПТО), другие пользователи (Д). А так же есть сервера (С), которые вынесены в отдельную группу. Все группы разграничены и не имеют прямого доступа друг к другу.
  3. Пользователи групп С, Б и ФЭО будут только в офисе на Арбате, ПТО и Д будут в обоих офисах.

Прикинув количество пользователей, необходимые интерфейсы, каналы связи, вы готовите схему сети и IP-план.
При проектировании сети следует стараться придерживаться иерархической модели сети, которая имеет много достоинств по сравнению с “плоской сетью”:

  • упрощается понимание организации сети
  • модель подразумевает модульность, что означает простоту наращивания мощностей именно там, где необходимо
  • легче найти и изолировать проблему
  • повышенная отказоустойчивость засчет дублирования устройств и/или соединений
  • распределение функций по обеспечению работоспособности сети по различным устройствам.


Согласно этой модели, сеть разбивается на три логических уровня: ядро сети (Core layer: высокопроизводительные устройства, главное назначение — быстрый транспорт), уровень распространения (Distribution layer: обеспечивает применение политик безопасности, QoS, агрегацию и маршрутизацию в VLAN, определяет широковещательные домены), и уровень доступа (Access-layer: как правило, L2 свичи, назначение: подключение конечных устройств, маркирование трафика для QoS, защита от колец в сети (STP) и широковещательных штормов, обеспечение питания для PoE устройств).

В таких масштабах, как наш, роль каждого устройства размывается, однако логически разделить сеть можно.
Составим приблизительную схему:

Схема сети

На представленной схеме ядром (Core) будет маршрутизатор 2811, коммутатор 2960 отнесём к уровню распространения (Distribution), поскольку на нём агрегируются все VLAN в общий транк. Коммутаторы 2950 будут устройствами доступа (Access). К ним будут подключаться конечные пользователи, офисная техника, сервера.

Именовать устройства будем следующим образом: сокращённое название города (msk) — географическое расположение (улица, здание) (arbat) — роль устройства в сети + порядковый номер.
Соответственно их ролям и месту расположения выбираем hostname:
Маршрутизатор 2811: msk-arbat-gw1 (gw=GateWay=шлюз)
Коммутатор 2960: msk-arbat-dsw1 (dsw=Distribution switch)
Коммутаторы 2950: msk-arbat-aswN, msk-rubl-asw1 (asw=Access switch)

Документация сети


Вся сеть должна быть строго документирована: от принципиальной схемы, до имени интерфейса.
Прежде, чем приступить к настройке, я бы хотел привести список необходимых документов и действий:
Схемы сети L1, L2, L3 в соответствии с уровнями модели OSI (Физический, канальный, сетевой)
План IP-адресации = IP-план.
Список VLAN
Подписи (description) интерфейсов
• Список устройств (для каждого следует указать: модель железки, установленная версия IOS, объем RAM\NVRAM, список интерфейсов)
• Метки на кабелях (откуда и куда идёт), в том числе на кабелях питания и заземления и устройствах
• Единый регламент, определяющий все вышеприведённые параметры и другие.

Жирным выделено то, за чем мы будем следить в рамках программы-симулятора. Разумеется, все изменения сети нужно вносить в документацию и конфигурацию, чтобы они были в актуальном состоянии.

Говоря о метках/наклейках на кабели, мы имеем ввиду это:

Метки на кабелях
На этой фотографии отлично видно, что промаркирован каждый кабель, значение каждого автомата на щитке в стойке, а также каждое устройство.

Метки на кабелях

Подготовим нужные нам документы:

Список VLAN


№ VLAN VLAN name Примечание
1 default Не используется
2 Management Для управления устройствами
3 Servers Для серверной фермы
4-100   Зарезервировано
101 PTO Для пользователей ПТО
102 FEO Для пользователей ФЭО
103 Accounting Для пользователей Бухгалтерии
104 Other Для других пользователей


Каждая группа будет выделена в отдельный влан. Таким образом мы ограничим широковещательные домены. Также введём специальный VLAN для управления устройствами.
Номера VLAN c 4 по 100 зарезервированы для будущих нужд.

IP-план


IP-адрес
Примечание
VLAN
172.16.0.0/16
   
172.16.0.0/24
Серверная ферма
3
172.16.0.1 Шлюз  
172.16.0.2 Web  
172.16.0.3 File  
172.16.0.4 Mail  
172.16.0.5 — 172.16.0.254 Зарезервировано  
172.16.1.0/24
Управление
2
172.16.1.1 Шлюз  
172.16.1.2 msk-arbat-dswl  
172.16.1.3 msk-arbat-aswl  
172.16.1.4 msk-arbat-asw2  
172.16.1.5 msk-arbat-asw3  
172.16.1.6 msk-rubl-aswl  
172.16.1.6 — 172.16.1.254 Зарезервировано  
172.16.2.0/24
Сеть Point-to-Point
 
172.16.2.1 Шлюз  
172.16.2.2 — 172.16.2.254 Зарезервировано  
172.16.3.0/24
ПТО
101
172.16.3.1 Шлюз  
172.16.3.2 — 172.16.3.254 Пул для пользователей  
172.16.4.0/24
ФЭО
102
172.16.4.1 Шлюз  
172.16.4.2 — 172.16.4.254 Пул для пользователей  
172.16.5.0/24
Бухгалтерия
103
172.16.5.1 Шлюз  
172.16.5.2 — 172.16.5.254 Пул для пользователей  
172.16.6.0/24
Другие пользователи
104
172.16.6.1 Шлюз  
172.16.6.2 — 172.16.6.254 Пул для пользователей  


Выделение подсетей в общем-то произвольное, соответствующее только числу узлов в этой локальной сети с учётом возможного роста. В данном примере все подсети имеют стандартную маску /24 (/24=255.255.255.0) — зачастую такие и используются в локальных сетях, но далеко не всегда. Советуем почитать о классах сетей. В дальнейшем мы обратимся и к бесклассовой адресации (cisco). Мы понимаем, что ссылки на технические статьи в википедии — это моветон, однако они дают хорошее определение, а мы попробуем в свою очередь перенести это на картину реального мира.
Под сетью Point-to-Point подразумеваем подключение одного маршрутизатора к другому в режиме точка-точка. Обычно берутся адреса с маской 30 (возвращаясь к теме бесклассовых сетей), то есть содержащие два адреса узла. Позже станет понятно, о чём идёт речь.

План подключения оборудования по портам


Разумеется, сейчас есть коммутаторы с кучей портов 1Gb Ethernet, есть коммутаторы с 10G, на продвинутых операторских железках, стоящих немалые тысячи долларов есть 40Gb, в разработке находится 100Gb (а по слухам уже даже есть такие платы, вышедшие в промышленное производство). Соответственно, вы можете выбирать в реальном мире коммутаторы и маршрутизаторы согласно вашим потребностям, не забывая про бюджет. В частности гигабитный свич сейчас можно купить незадорого (20-30 тысяч) и это с запасом на будущее (если вы не провайдер, конечно). Маршрутизатор с гигабитными портами стоит уже ощутимо дороже, чем со 100Mbps портами, однако оно того стоит, потому что FE-модели (100Mbps FastEthernet), устарели и их пропускная способность очень невысока.
Но в программах эмуляторах/симуляторах, которые мы будем использовать, к сожалению, есть только простенькие модели оборудования, поэтому при моделировании сети будем отталкиваться от того, что имеем: маршрутизатор cisco2811, коммутаторы cisco2960 и 2950.

Имя устройства
Порт
Название
VLAN
Access
Trunk
msk-arbat-gw1 FE0/1 UpLink    
  FE0/0 msk-arbat-dsw1   2,3,101,102,103,104
msk-arbat-dsw1 FE0/24 msk-arbat-gw1   2,3,101,102,103,104
  GE1/1 msk-arbat-asw1   2,3
  GE1/2 msk-arbat-asw3   2,101,102,103,104
  FE0/1 msk-rubl-asw1 2,101,104
 
msk-arbat-asw1 GE1/1 msk-arbat-dsw1   2,3
  GE1/2 msk-arbat-asw2   2,3
  FE0/1 Web-server 3  
  FE0/2 File-server 3  
 
msk-arbat-asw2 GE1/1 msk-arbat-asw1   2,3
  FE0/1 Mail-Server 3  
 
msk-arbat-asw3 GE1/1 msk-arbat-dsw1   2,101,102,103,104
  FE0/1-FE0/5 PTO 101  
  FE0/6-FE0/10 FEO 102  
  FE0/11-FE0/15 Accounting 103  
  FE0/16-FE0/24 Other 104  
 
msk-rubl-asw1 FE0/24 msk-arbat-dsw1 2,101,104
  FE0/1-FE0/15 PTO 101  
  FE0/20 administrator 104  


Почему именно так распределены VLAN'ы, мы объясним в следующих частях.

Excel-документ со списком VLAN, IP, портов

Схемы сети


На основании этих данных можно составить все три схемы сети на этом этапе. Для этого можно воспользоваться Microsoft Visio, каким-либо бесплатным приложением, но с привязкой к своему формату, или редакторами графики (можно и от руки, но это будет сложно держать в актуальном состоянии :)).

Не пропаганды опен сорса для, а разнообразия средств ради, воспользуемся Dia. Я считаю его одним из лучших приложений для работы со схемами под Linux. Есть версия для Виндоус, но, к сожалению, совместимости в визио никакой.

L1


Схема сети L1

То есть на схеме L1 мы отражаем физические устройства сети с номерами портов: что куда подключено.

L2

На схеме L2 мы указываем наши VLAN’ы

Схема сети L2
L3


Схема сети L3

В нашем примере схема третьего уровня получилась довольно бесполезная и не очень наглядная, из-за наличия только одного маршрутизирующего устройства. Но со временем она обрастёт подробностями.

Dia-файлы со схемами сети: L1, L2, L3

Как видите, информация в документах избыточна. Например, номера VLAN повторяются и на схеме и в плане по портам. Тут как бы кто на что горазд. Как вам удобнее, так и делайте. Такая избыточность затрудняет обновление в случае изменения конфигурации, потому что нужно исправиться сразу в нескольких местах, но с другой стороны, облегчает понимание.

К этой первой статье мы не раз ещё вернёмся в будущем, равно как и вам придётся всегда возвращаться к тому, что вы изначально напланировали.
Собственно задание для тех, кто пока только начинает учиться и готов приложить для этого усилия: много читать про вланы, ip-адресацию, найти программы Packet Tracer и GNS3.
Что касается фундаментальных теоретических знаний, то советуем начать читать Cisco press: раз, два, три (русский язык). Это то, что вам совершенно точно понадобится знать.
В следующей части всё будет уже по-взрослому, с видео, мы будем учиться подключаться к оборудованию, разбираться с интерфейсом и расскажем, что делать нерадивому админу, забывшему пароль.
P.S. Спасибо соавтору статьи — пользователю thegluck.
P.P.S Тем, кто имеет, что спросить, но не имеет возможности свой вопрос здесь задать, милости просим в ЖЖ

+96
1564.1k 4638
Support the author
Comments 133
Top of the day