6スライド/ページ

1
L2における通信
 MACアドレスで宛先を決定
 IPアドレスからMACアドレスへの変換 →送信者がARPで解決
情報ネットワーク特論
ネットワークスイッチの構成と動作
 宛先IPアドレス入りARP reqを送り、当該IPアドレスのホストがARP reply
 宛先MACアドレスが当該L2スイッチの下に無い →ブロードキャスト
名古屋大学情報基盤センター
情報基盤ネットワーク研究部門
嶋田創
L2スイッチ
L2スイッチ
L2スイッチ
133.6.32.48
133.6.90.3
22:33:44:55:66:77
133.6.32.15
11:22:33:44:55:66
2
3
L3における通信
現実的なL3による通信
 宛先IPアドレスを見て送信先を判別
 L3スイッチは高価なので、各サブネット出口に1つは置けな
い
→1つのL3スイッチが複数のサブネット(VLANなど)を管理
 L2のブロードキャストはL3スイッチで止まる
 静的ルーティングや動的ルーティングで設定
 動的ルーティング: 各経路の距離や容量の情報をもとに経路選択
 コアルータとか呼ばれたりする
L3スイッチ
サブネット
133.6.0.0/16
L3スイッチ(コアルータ)
133.6.90.254
デフォルトゲートウェイ
133.6.32.254
サブネット
133.6.90.0/24
サブネット
133.6.32.0/24
サブネット
133.6.32.
0/24
(VLAN
xxx)
133.6.90.3
133.6.32.48
IPアドレス
サブネット
133.6.33.
0/23
(VLAN
xxx)
サブネット
133.6.34.
0/23
(VLAN
xxx)
...
ルーティング
低価格L2スイッチの構成
ルーティング
100M
100G
ディストリビューション
工学部1号館
エッジスイッチ
スイッチ
コア
10Gx2
鶴舞地区
主対外接続装置
40Gx2
IDS
副対外接続装置
共同教育2号館ディストリビューションエッジスイッチ
スイッチ
コア
10Gx2
エッジスイッチ
NAT装置
ディストリビューション
工学部8号館
エッジスイッチ
スイッチ
理学部C館
10Gx2 コア
コア 10Gx2
ディストリビューション
エッジスイッチ
スイッチ
ディストリビューション
スイッチ
IB電子情報館
スーパーコア
vPC
無線LAN AP
10Gx4
情報基盤センター
スーパーコア
事務局
コア
スイッチコントローラ
10Gx2
大幸地区
ディストリビューション
エッジスイッチ
スイッチ
10Gx2
ディストリビューション
附属図書館
エッジスイッチ
スイッチ
エッジスイッチ
ルータ
10Gx2
ディストリビューション
エッジスイッチ
スイッチ
e-NICE
事務用ネットワーク
コア
情報基盤センター
フローモニタ
無線LAN AP
管理用スイッチ
運用管理サーバ
農学部
ディストリビューション
エッジスイッチ
スイッチ
100Gbps
40Gbps
10Gbps
1Gbps
MAC
...
環境総合館
PHY
...
FW
10Gx2
ディストリビューション
エッジスイッチ
スイッチ
 NICのMACの先がスイッチコント
ローラに変わったものと考えれば
良い
 注: スイッチングハブの構成です
PHY
MAC
スイッチ回路
ファイアウォール
この先は割愛
東山地区
サブネット
133.6.32.
0/24
(VLAN
xxx)
5
4
NICEにおけるルーティング
サブネット
133.6.32.
0/24
(VLAN
xxx)
6
7
スイッチコントローラの動作(1/2)
スイッチコントローラの動作(2/2)
1. MACがフレームを受信バッファに格納
2. 受信バッファ中のフレームのMACアドレスでMACアドレス
テーブルを検索
3. 宛先ポートの送信バッファへのクロスバスイッチの調停がで
きたら送信
 宛先ポートの利用権はFIFOなどで制御
MAC
MACへ
送信
バッファ
MAC
MACへ
予定通りに行かない時のスイッチコント
ローラの動作
受信
バッファ
MACアドレス
テーブル
受信
バッファ
クロスバスイッチ
受信
バッファ
クロスバスイッチ
MACアドレス
テーブル
送信
バッファ
...
...
MAC
受信
バッファ
スイッチ調停回路
MAC
もちろん、ブロードキャストも
スイッチ調停回路

 MACアドレステーブルは、どこのポートからどこのMACアドレスの通
信がきたかどうかを保存
 一致があれば、そのポートのみに送信
 一致が無ければ、全ポートへ送信(ブロードキャスト)
送信
バッファ
MACへ
送信
バッファ
MACへ
8
9
スイッチコントローラに関する小ネタ
 MACアドレステーブルが溢れた
 いちいちパケットはバッファに保存する?
→保存しないやり方(カットスルー)もある
 アップリンクポート側はそのうち溢れます
 古いものから削除
 フレームのMACアドレスを見て、クロスバスイッチの調停を先に済ま
せてしまう
 ただし、フレームの途中でエラーが見つかると、調停は無駄になる
 受信バッファが溢れた
 パケットロスとして、パケットが再送信されて来るのを待ちます
→効率が悪いのでフロー制御を
 フロー制御: パケットバッファが溢れるのを防ぐ制御
 バッファが溢れそうになったら、フレームの送信を一時中止するよう
に送信元に伝える
 IEEE 802.3xによるフロー制御
 送信元に対してポーズフレームを送信し、受信側は送信を一旦停止
 バッファが空いたらポーズ解除フレームを送信して通信を再開
10
11
高機能なL2スイッチ
一般的な大型スイッチの構成
 スイッチの上でOSが入っていて色々と設定できる
 基本的に設定できること
 小型L3スイッチもありますが、せっかくなので大きい物を
 ポートごとの各種設定
 L2でのアクセス制御(特定のMACアドレスを遮断、など)
 各種ログの読み出し/SNMPによる転送
 最近ではもっと高機能なことができたりします
 スイッチの各ポートに対して認証をかける
 Power over Ethernetによる電力供給
 小型L3スイッチ(ブロードバンドルーター)はL2スイッチ+組み込みプロ
セッサwith組み込みLinuxによるL3処理なので
 通常はルーティングエンジンと複数のラインカードから構成さ
れる
 ルーティングエンジンはテーブル生成部とクロスバスイッチから構成
 ルーティングエンジンで生成した各種テーブルは各ラインカードにも
送付
 L3ルーティングテーブルを持つ
 CAMを用いるが、一部をマスク可能なTCAM(Ternary CAM)を利用
 もちろん、L2による通信機能も持つ
 MACアドレステーブルなどのL2スイッチの機能もある
Cisco Catalyst 2960X
12
一般的な大型スイッチの構成
13
各部の処理(1/2)
 CPU
バックプレーン
 スイッチ全体の制御
 ルーティングテーブル等の作成に必要な情報を管理
 管理用OSの実行
ルーティングエンジン
...
L2/L3テーブル
生成/管理 ASIC
クロスバ
SWファブック
CPU
 L2/L3テーブル生成/管理ASIC
 CPUからの指示を受けてL2/L3テーブル生成/管理
 ルーティングエンジンで作成したテーブルのコピーを各ラインカードに
保持
ラインカード
L2/L3ルーティング
ASIC
...
SW IF
PHY
 FIB(Forwarding Infomation Base)方式と呼ばれる
...
 バックプレーン
ラインカード
 ルーティングエンジンやラインカード間を接続
L2/L3ルーティング
ASIC
...
SW IF
PHY
14
各部の処理(2/2)
 ラインカード
 ルーティングエンジン(スーパバイザカード)も
2Tbps対応
 クロスバスイッチファブリックに調停要求→送信
 テーブルにない宛先を持つフレームの送信をルーティングエンジンの
CPUに依頼
 マルチキャストフレームの複製
NICE4とCatalyst 6500
 1G/10G/40Gイーサネット対応ラインカー
ドを複数接続可能
 Virtual Switching Systemで複数のス
イッチを束ねて制御可能
17
Catalyst 6500の構成
C
インターネット
ISP
近隣大学
10G
NICEバリア
セグメント
東山地区
Catalyst 6500が入っていた
100M
鶴舞地区
主対外接続装置
ディストリビューション
工学部1号館
エッジスイッチ
スイッチ
コア
10Gx2
10Gx2
副対外接続装置
共同教育2号館ディストリビューションエッジスイッチ
スイッチ
コア
エッジスイッチ
10Gx2
バックプレーン
NAT装置
理学部C館
10Gx2 コア
コア 10Gx2
ディストリビューション
エッジスイッチ
スイッチ
...
ディストリビューション
工学部8号館
エッジスイッチ
スイッチ
ディストリビューション
スイッチ
IB電子情報館
スーパーコア
VSS
情報基盤センター
スーパーコア
事務局
コア
PFC4
MSFC5
大幸地区
SW IF
DFC4
PHY
ディストリビューション
エッジスイッチ
スイッチ
10Gx2
ディストリビューション
附属図書館
エッジスイッチ
スイッチ
1G×3
クロスバ
SWファブリック
ラインカード
ルータ
10Gx2
ディストリビューション
エッジスイッチ
スイッチ
スーパバイザ
エッジスイッチ
...
10Gx2
e-NICE
事務用ネットワーク
コア
ラインカード
環境総合館
...
FW
10Gx2
ディストリビューション
エッジスイッチ
スイッチ
情報基盤センター
運用管理サーバ
農学部
ディストリビューション
エッジスイッチ
スイッチ
10Gbps
1Gbps
...
フローモニタ
管理用スイッチ
15
名大内ネットワークNICE4で利用中なので
 バックプレーン容量2Tbps
 物理層から受け取ったフレームをバッファリング
 テーブルにある宛先の送信制御
SINET4
大型ネットワークスイッチの実例
(Cisco Catalyst 6500)
SW IF
DFC4
PHY
18
19
シャーシについているバックプレーン
ラインカードによる接続形態の違い
 共有バス接続部とクロスバスイッチ接続部に分かれている
 ラインカードによっては、共有バスのみの接続を取るものが
ある
 ルーティングの依頼ができなくなるので、その逆はない
20
スーパバイザカード2T
21
スーパバイザカードのブロック図
以下より構成
 MSFC5: Multilayer Switch Feature Card 5
 PFC4: Policy Feature Card 4
 スイッチファブリック
22
スイッチファブリック部
23
PFC4部
クロスバスイッチ部を
1チャンネル使うラインカード
ルーティング情報が無い場合のスイッチ
ング
24
26
クロスバスイッチ部を
2チャンネル使うラインカード
ルーティング情報がある場合のスイッチ
ング
28
キャンパスLANの組み方の実例
25
27
29
スイッチの階層





対外接続スイッチ
(スーパ)コアスイッチ
ディストリビューションスイッチ
エッジスイッチ
(無線LANアクセスポイント)
30
32
31

Download Report