Архитектура сети или сетевая архитектура

 

Архитектура сети или сетевая архитектура - весьма широкое понятие, включающее в себя достаточно много разделов и определений. Оно может иметь отношение, как к построению сетей, так и к их проектированию.  Но лучше всего его описывает такое слово как Framework. В разных словарях приводится много разных толкований этого слова, но, чаще всего, оно означает  «каркас, несущая или поддерживающая конструкция, которая выступает в роли основы какого либо построения».

Сетевая архитектура всегда лежит в основе и является фундаментом для полноценной работы сети. Чаще всего, она состоит из нескольких важных составляющих:

• топология локальной сети;
• линейно-кабельная инфраструктура;
• активное сетевое оборудование (бриджи, коммутаторы, маршрутизаторы).

При проектировании сети необходимо c особым вниманием выбирать все эти компоненты сети для оптимизации производительности, упрощения управления всем оборудованием и предоставления возможности дальнейшего роста и развития сети.

Кабельно-линейная инфраструктура

Кабельно-линейная инфраструктура  - один из самых важных участков всей сети. Некачественно спроектированная или плохо смонтированная кабельная система может вызвать много проблем, значительно усложнить своевременное устранение неисправностей за счет чего могут возникнуть длительные простои. В старых системах (таких как, например, ранние стандарты Ethernet), не бралась во внимание необходимость устранения возможных неполадок. Современные системы c топологией «звезда» намного удобнее в плане эксплуатации и управления.

При прокладке и монтаже кабелей необходимо строго придерживаться существующих стандартов, которые описывают звездообразную топологию сети. Участок, на котором кабели соединяют рабочие области c телекоммуникационными распределительными шкафами, называется распределительным. Распределительные шкафы также могут соединяться между собой. Участок кабельной инфраструктуры, соединяющий телекоммуникационные шкафы, называют магистральным.

Чаще всего, для передачи данных, применяется медная витая пара UTP. Существует семь категорий данного типа кабеля.

Сегодня, чаще всего, применяются всего четыре категории: 5, 5e, 6, 6a. Кабель категории 5 представляет собой 4-x парный кабель. Он применяется в следующих типах сетей:

• 10BASE-Т;
• 100BASE-ТХ;
• 1000BASE-Т;
• в телефонных линях.

При использовании всего 2-x пар, можно добиться скорости передачи 100 Мбит/c, a при использовании всех 4-x пар - до 1000 Мбит/c. Кабель категории 5е чаще всего применяется при построении сетей из-за его низкой себестоимости и маленького диаметра. Кабели категории 6 и 6е применяются только в сетях Fast Ethеrnet и Gigabit Ethеrnet.

Волоконно-оптические сети, в настоящий момент, достаточно широко распространены и используются повсеместно. Некоторые операторы связи утверждают, что установка оптической линии обходится дешевле установки линии построенной на медном кабеле UTP. Но, к сожалению, все сетевое оборудование, использующееся в оптической сети, значительно дороже своих аналогов работающих в сетях, построенных на медной витой паре. Но, несмотря на цену, волоконно-оптическая сеть имеет множество преимуществ перед медными кабелями. По сравнению c витой парой она может передавать данные на дальние расстояния со значительно большей скоростью, при этом не внося в сам сигнал  дополнительных затуханий.

Но какая бы среда передачи данных не была выбрана, нужно не забывать о возможном росте и расширении сети. При создании сети нужно закладывать кабели c небольшим запасом, a диаметры монтажных отверстий и кабельных каналов  должны быть сделаны заведомо больше необходимого.

Это позволит без особых проблем и затруднений проложить дополнительные кабели при необходимости.

Объединение нескольких сетей.

Помимо кабельно-линейной системы, важным и обязательным компонентом любой сети является активное сетевое оборудование. Бриджи, коммутаторы и маршрутизаторы позволяют увеличить количество подключенных устройств и разделять на сегменты трафик для повышения производительности. Понимая различия между устройствами, их особенности и специфику соответствующей архитектуры сети, можно легко определить когда и на каком именно участке устанавливать то или иное оборудование.

Бриджи используются когда необходимо объединить две или более однотипных сетей. Данные устройства полностью прозрачны для всех сетевых протоколов. Две сети, которые соединены бриджем, физически разделены, но логически они образовывают одну единую сеть. Это значит, что правила монтажа кабелей применимы к каждой сети в отдельности, a не ко всем одновременно. Сетевыми протоколами соединенные несколько сетей рассматриваются как одна единая сеть.

Бриджи разделяют весь поток данных на сегменты: они пропускают только тот трафик, который адресован устройствам, находящимся по другую сторону бриджа. Так как бриджи не пропускают локальный трафик, они позволяют значительно снизить нагрузку на сеть, состоящую из нескольких однотипных сегментов.

Но в бриджах также имеются и недостатки. Один из основных недостатков состоит в том, что они настроены на передачу пакетов по широковещательному каналу. При некотором стечении обстоятельств (неисправности или ошибки в ПО) это грозит возникновению сплошного потока широковещательных пакетов, который приводит к состоянию  широковещательного шторма (англ. Broadcast storm). Это состояние, когда широковещательные пакеты заполняют всю сеть целиком и серьезно снижают ее производительность.

Когда-то бриджи были наиболее популярным методом соединения сетей. Сегодня же, в результате технического прогресса, маршрутизаторы стали значительно дешевле и доступнее. Многие производители стали выпускать маршрутизаторы c функциями бриджей. Это устройство работает для поддерживаемых протоколов как маршрутизатор и как бридж для остальных.

Маршрутизатор – это, зачастую, специализированые компьютеры или ПО, установленное на сетевом сервере. Узкоспециализированные маршрутизаторы обеспечивают высокую производительность и гибкое управление по сравнению c программными маршрутизаторами. Однако, цена на последние намного ниже и, как правило, их производительности вполне хватает для небольших сетей.

Бриджи применяются для соединения однотипных локальных сетей, a маршрутизаторы - и для однотипных, и для разнотипных. Как и бриджи, маршрутизаторы так же физически разделяют сеть, отличие заключается лишь в том, что при применении маршрутизаторов сеть разделяется и на логическом уровне. Маршрутизаторы не передают пакеты по широковещательному каналу и позволяют сегментировать весь трафик, проходящий через них.

Помимо сегментации трафика, маршрутизаторы позволяют создавать резервные каналы между сетями. Резервные каналы повышают надежность сети. К примеру, когда один маршрутизатор отказал, его функции берет на себя другой маршрутизатор. Многие маршрутизаторы имеют также встроенный фильтр. Он фильтрует  данные по заголовкам пакетов и содержащейся в нем информации. Как и бриджи, маршрутизаторы пропускают только тот трафик, который адресован устройствам на другой стороне. Это также позволяет ограничить влияние трафика из одной сети на другую.

Для решения проблемы низкой производительности сети при нехватке пропускной способности были разработаны коммутаторы (свитчи). Однако, вопреки общему мнению, они не являются спасением от всех насущных проблем c низкой производительностью и обеспечением бесперебойной связи в сети.

Свитч разделяет сеть на меньшие домены, в результате чего каждый конечный узел получает большую долю всей суммарной пропускной способности. По сути, это бриджи c большим количеством портов. Подобно бриджам, свитчи направляют весь трафик из одной сети в другую.

Существуют свитчи, которые передают пакет только после того, как примут его целиком. Такие коммутаторы используют вид коммутации именуемый «промежуточная буферизация». Принцип его работы следующий: принимаемый пакет записывается в память свитча, проверяется на ошибки c помощью специальных алгоритмов и только после этого он отправляется дальше по сети к месту адресации.

Существуют также свитчи, использующие сквозной метод коммутации. Данный вид коммутации отличается от промежуточной буферизации тем, что коммутатор пересылает пакет данных в тот момент, когда получает адрес получателя. Такой метод дает намного меньшие задержки, если сравнивать c промежуточной буферизацией, но возрастает риск того, что адресат примет поврежденный пакет.

Существуют свитчи гибридного типа. Данное устройство, принимая пакет, сначала проверяет его на ошибки и следит за их количеством. Когда общее число ошибок превышает определенный порог, включается буферизация, которая остается включенной до того момента, пока количество ошибок вновь не станет допустимым. После этого, коммутаторы снова начинают работать как сквозные.

У свитчей есть и несколько недостатков. Подобно бриджам, они пересылают пакеты по широковещательным каналам и не обеспечивают должным образом защиту от состояния, когда широковещательные пакеты полностью заполняют всю сеть. Помимо этого, при сквозной коммутации, адресат может получать поврежденный или неполный пакет данных, a при промежуточной буферизации существенно снижается скорость работы самого устройства.