Protokół Odkrywania Warstwy Łącza (LLDP)

Wprowadzenie do LLDP

W rozbudowanej sieci administrator musi ustalić, które przełączniki, routery i serwery są połączone oraz przez jakie porty. Wcześniej korzystał w tym celu z diagramów fizycznych i ręcznego śledzenia kabli. Dokumentacja mogła się zestarzeć, a nieudokumentowana zmiana lub błędna konfiguracja utrudniała diagnozowanie problemów.

Protokół Odkrywania Warstwy Łącza (LLDP), zdefiniowany w standardzie IEEE 802.1AB, przekazuje informacje o fizycznej topologii między bezpośrednio połączonymi stacjami. Jest to protokół , który pozwala urządzeniom sieciowym ogłaszać tożsamość i możliwości bezpośrednio podłączonym sąsiadom. W komunikatach mogą znaleźć się między innymi nazwa urządzenia, port połączenia oraz informacje o możliwościach, takich jak rola przełącznika lub telefonu VoIP. Sam protokół LLDP nie uwierzytelnia tych informacji, dlatego system zarządzania powinien uwzględniać konfigurację i źródło danych.

Powstanie LLDP i interoperacyjność

Odkrywanie sąsiadów było wcześniej realizowane przez protokoły producentów, takie jak . Inni producenci mieli podobne rozwiązania, lecz ich obsługa zależała od zgodności urządzeń. Przełącznik Dell nie interpretował komunikatów CDP z przełącznika Cisco, a telefon HP nie otrzymywał informacji konfiguracyjnych z przełącznika Juniper.

LLDP zostało stworzone przez IEEE jako wspólny, otwarty standard. Jego neutralność producenta wspiera interoperacyjność i pozwala administratorowi zbierać informacje o fizycznej topologii z urządzeń różnych firm. Dane te pomagają w mapowaniu sieci, diagnozowaniu problemów oraz konfiguracji systemów zarządzania.

Działanie LLDP

LLDP działa bez ustanawiania formalnego połączenia lub sesji. Urządzenia okresowo wysyłają jednostki danych i zapisują informacje otrzymane od sąsiadów.

Okresowe Ogłoszenia:Urządzenie obsługujące LLDP, takie jak przełącznik, router czy telefon IP, okresowo wysyła specjalne ramki zwane LLDPDU (Jednostki Danych Protokołu Odkrywania Warstwy Łącza) na aktywne porty. W wielu implementacjach i konfiguracjach interwał wynosi 30 sekund, lecz wartość zależy od urządzenia. Wpis może zostać odświeżony także po zmianie stanu portu lub podczas szybkiego startu obsługiwanego przez urządzenie.
Nasłuchiwanie Sąsiadów:Jednocześnie urządzenie nasłuchuje LLDPDU przychodzących od jego bezpośrednio podłączonych sąsiadów na każdym porcie.
Budowanie Tabeli Sąsiadów:Gdy urządzenie otrzyma LLDPDU, zapisuje zawarte w nim informacje w lokalnej bazie danych, często nazywanej tabelą sąsiadów LLDP lub . Tabela ta kojarzy konkretny port z tożsamością i możliwościami sąsiada do niego podłączonego. Oprogramowanie zarządzające może odczytywać te dane lokalnie lub przez SNMP, jeśli urządzenie udostępnia odpowiednią MIB.
Utrzymywanie Świeżości Informacji (TTL):Każde LLDPDU zawiera wartość Time To Live (TTL). W typowej konfiguracji wynosi ona 120 sekund, lecz zależy od interwału wysyłania i ustawień urządzenia. Gdy informacja o sąsiedzie jest zapisywana, uruchamiany jest licznik. Jeśli przed jego wygaśnięciem nie nadejdzie kolejne LLDPDU, urządzenie uznaje wpis za nieaktualny i usuwa go z tabeli. Odświeżany w ten sposób wpis może odzwierciedlać bieżący stan łącza. Czas życia nie przedłuża wpisu po odebraniu dowolnej ramki, lecz jest związany z prawidłowym LLDPDU danego sąsiada.

Tylko Ruch Lokalny

Ramki LLDP mają zakres lokalnego łącza. W sieciach Ethernet używają EtherType 0x88CC oraz specjalnego adresu MAC multicast (01:80:C2:00:00:0E), którego przełączniki i mosty nie przekazują dalej. Ogłoszenie wysłane przez przełącznik dociera więc do jego bezpośrednich sąsiadów i nie jest rozgłaszane w całej sieci.

Format TLV w LLDP

Rozszerzalność LLDP wynika z formatu komunikatów. Informacje w LLDPDU są zorganizowane w bloki zwane TLV (Type-Length-Value).

Każdy blok ma trzy pola:

Typ (7 bitów): Kod numeryczny identyfikujący rodzaj informacji, na przykład Typ 1 = ID Obudowy i Typ 2 = ID Portu.
Długość (9 bitów): Liczba określająca długość (w bajtach) pola Wartość. Mówi odbiorcy, ile dokładnie danych ma odczytać dla tej informacji.
Wartość (Zmienna): Właściwa informacja, taka jak adres MAC, nazwa portu czy adres IP urządzenia.

Format TLV ułatwia rozszerzanie protokołu. Dla nowego rodzaju informacji można zdefiniować nowy kod Typu. Urządzenie, które go nie rozumie, odczytuje pole Długość, pomija Wartość i może analizować dalszą część ramki.

Popularne TLV

LLDP definiuje kilka standardowych TLV w dwóch kategoriach: obowiązkowych i opcjonalnych.

TLV obowiązkowe

Każde LLDPDU musi zawierać te trzy TLV oraz znacznik "Koniec LLDPDU", aby zostało uznane za prawidłowe. W standardowej kolejności występują Chassis ID, Port ID i TTL, po nich mogą pojawić się TLV opcjonalne, a End of LLDPDU kończy listę. Zestaw ten pozwala powiązać urządzenie z portem i okresem ważności bieżącego wpisu.

TLV ID Obudowy (Chassis ID): Jest to identyfikator całego urządzenia. Może mieć postać podstawowego adresu MAC przełącznika lub routera albo innego identyfikatora obudowy. Odbiorca używa go do rozróżnienia stacji, nawet gdy urządzenie ma wiele portów.
TLV ID Portu (Port ID):Identyfikuje port, z którego wysłano LLDPDU. Wartością może być adres MAC interfejsu, jego skonfigurowana nazwa, na przykład "GigabitEthernet1/0/23", lub inny lokalny identyfikator.
TLV Czas Życia (Time to Live, TTL): Określa czas ważności informacji w sekundach. Sąsiad odbierający to TLV usuwa wpis po upływie tego czasu, chyba że nowe LLDPDU go odświeży. Wartość 120 sekund jest typowa dla wielu konfiguracji, lecz nie jest uniwersalnym ustawieniem każdego urządzenia.

TLV opcjonalne

Te TLV dostarczają opisowych informacji przydatnych w zarządzaniu siecią, lecz nie są wymagane do podstawowego działania protokołu. Urządzenie może wysyłać tylko część tych informacji, zależnie od implementacji i konfiguracji.

TLV Opis Portu: Czytelny dla człowieka opis portu, skonfigurowany przez administratora. Na przykład: Uplink do Routera-Rdzeniowego-01 lub PC-Kowalski-Biurko.
TLV Nazwa Systemu: Skonfigurowana nazwa hosta urządzenia, np. Firma-Sprzedaz-SW1.
TLV Opis Systemu: Szczegółowy opis tekstowy urządzenia, często zawierający producenta, model sprzętu i wersję oprogramowania. Przykład: Przełącznik Cisco Catalyst 9300L, Oprogramowanie Cisco IOS XE, Wersja 17.06.03.
TLV Możliwości Systemu: Maska bitowa wskazująca główne funkcje, które urządzenie może pełnić (np. Most, Router, Punkt Dostępowy WLAN) oraz które z tych funkcji są aktualnie włączone.
TLV Adres Zarządzania: Adres IP urządzenia, który może służyć do zarządzania siecią, na przykład przez SNMP lub SSH. Oprogramowanie zarządzające może użyć go do wyszukiwania urządzeń i ich obsługi.

LLDP-MED dla głosu i wideo

LLDP-MED (Media Endpoint Discovery), opisane w ANSI/TIA-1057, jest rozszerzeniem LLDP przeznaczonym dla urządzeń głosowych i wideo przez IP (VoIP), takich jak telefony IP i jednostki wideokonferencyjne. Może ograniczyć zakres ręcznej konfiguracji urządzeń końcowych, przekazując im parametry sieciowe. Rozszerzenie dodaje organizacyjnie zdefiniowane TLV dotyczące między innymi możliwości urządzenia, polityki sieciowej, zasilania i lokalizacji.

Przełącznik obsługujący LLDP-MED może używać organizacyjnie zdefiniowanych TLV do przekazywania urządzeniom końcowym informacji potrzebnych do działania. Ostateczne zastosowanie tych informacji zależy od zgodności telefonu, przełącznika i systemu zarządzania:

VLAN Głosowy: Przełącznik może poinformować telefon IP, którego powinien używać do ruchu głosowego. Telefon i przełącznik mogą wtedy rozdzielić ruch głosowy od danych, jeśli ich konfiguracja to obsługuje.
QoS / Priorytet Ruchu: Przełącznik może przekazać telefonowi zasady oznaczania pakietów głosowych. Może określić wartość , którą telefon może umieszczać w swoich pakietach głosowych.
Zarządzanie Zasilaniem (PoE): Telefon może użyć LLDP-MED, aby poinformować przełącznik, ile mocy potrzebuje przez . Przełącznik może uwzględnić tę informację w budżecie mocy i potwierdzić przydział.
Informacje o Lokalizacji: Dla służb ratunkowych, jak numer 112, istotna jest fizyczna lokalizacja dzwoniącego. Przełącznik z LLDP-MED może być skonfigurowany z informacjami o lokalizacji, na przykład „Budynek C, Piętro 4, Skrzydło Wschodnie”, i przekazać je do telefonu. System telefoniczny może wykorzystać te dane przy połączeniu alarmowym, jeśli obsługuje taki mechanizm.

Przykład wymiany LLDP-MED

Po podłączeniu telefonu IP do przełącznika wymiana informacji może przebiegać następująco.

Przykład: nowy telefon IP zostaje podłączony do przełącznika w biurze.

Aktywacja portu: Port przełącznika, do którego podłączono telefon, staje się aktywny. Przełącznik wysyła ramkę LLDP-MED zgodnie z konfiguracją, także w ramach mechanizmu szybkiego startu, jeśli go obsługuje.
Telefon się uczy: Telefon odbiera ramkę i dowiaduje się kluczowych informacji: nazwy przełącznika, ID portu itp.
Konfiguracja: Telefon odczytuje TLV LLDP-MED i może skonfigurować VLAN Głosowy, na przykład VLAN 100, oraz ustawić odpowiednie znaczniki QoS, jeśli obsługuje otrzymaną politykę.
Telefon się przedstawia: Telefon wysyła z powrotem własną ramkę LLDP, identyfikując się jako telefon i podając swoje dane (np. adres MAC).
Informacja dla administratora:Administrator sieci może zalogować się do przełącznika lub systemu zarządzania i zobaczyć: "Telefon IP model XYZ, Adres MAC ABC" podłączony do portu GigabitEthernet1/0/5. Oprogramowanie, które zbiera dane LLDP, może zaktualizować dokumentację topologii.