Проектирование 2-го уровня топологии локальной сети
Наиболее типичным устройством 2-го уровня (за исключением каты сетевого интерфейса, которую должна иметь каждая рабочая станция) является LAN-коммутатор. Устройства этого уровня определяют размеры коллизионных и широковещательных доменов. В настоящем разделе рассматривается реализация коммутации локальных сетей на 2-ом уровне.
Коллизии и размер коллизионного домена представляют собой два фактора, негативно влияющих на эффективность работы сети. Используя коммутацию, можно микросегментировать сеть, устранив таким образом коллизии, и уменьшить размеры коллизионных доменов. Как показано на рис. 5.38, еще одна важная черта коммутатора локальной сети состоит в его способности распределять полосу пропускания по портам и предоставлять, таким образом, большую полосу вертикальным и восходящим кабелям, а также серверам. Такой тип коммутации называется асимметричным. Он обеспечивает коммутацию портов с разными полосами пропускания, например, сочетание портов со скоростями 10 и 100 Мбит/с.
Рис. 5.38. Асимметричная коммутация
Как было сказано ранее, микросегментация означает использование мостов и коммутаторов для повышения эффективности рабочей группы или магистрали. Обычно повышение эффективности таким способом включает в себя Ethemet-коммутацию. Коммутаторы могут использоваться вместе с концентраторами для обеспечения соответствующего уровня эффективности для разных пользователей и серверов, как показано на рис. 5.39. Вследствие своей невысокой относительной стоимости (с учетом количества портов) все чаще новые сети строятся исключительно на использовании коммутаторов.
Если коммутирующее оборудование локальной сети установлено в ГРС и ПРС и между ними пролегает вертикальный кабель, то по этому кабелю передаются все данные между ГРС и ПРС. Следовательно, пропускная способность этой трассы должна быть больше, чем у трасс между ПРС и рабочими станциями.
Трассы горизонтального кабеля используют пятую категорию UTP (рис. 5.40), поэтому ни одно кабельное снижение не должно превышать 100 метров. Это позволяет использовать каналы 10 или 100 Мбит/с. В обычных условиях 10 Мбит/с соответствуют горизонтальному кабельному снижению. Поскольку коммутаторы асимметричных локальных сетей позволяют совместное использование портов с полосой пропускания 10 и 100 Мбит/с на одном коммутаторе, следующей задачей является определение числа таких портов, необходимых ГРС и каждой ПРС. Эта задача может быть решена путем повторного изучения требований пользователей, касающихся числа снижений горизонтального кабеля в одной комнате и общего числа снижений в дренажной области, а также числа вертикальных кабельных трасс.
Например, предположим, что в соответствии с требованиями пользователей в каждой комнате должно быть установлено по четыре горизонтальных кабельных трассы. ПРС, обслуживающая дренажную зону, охватывает восемнадцать комнат. Путем несложных арифметических расчетов получаем число портов, равное семидесяти двум.
Для определения размеров коллизионного домена необходимо знать, сколько хостов физически подключены к одному порту коммутатора. Этот фактор также влияет на полосу пропускания, доступную каждому отдельно взятому хосту. В идеальном случае только один хост подключен к порту коммутатора. Это означает, что размер коллизионного домена равен двум (хост-отправитель и хост получатель). Поскольку такой домен имеет небольшой размер, то в нем практически не должно быть коллизий при обмене данными между двумя хостами. Другой способ реализации коммутации локальной сети - это установка на порты коммутатора совместно используемых концентраторов. Таким образом, несколько хостов подключаются к одному порту коммутатора, как показано на рис. 5.41. Как показано на рис. 5.42, все хосты, подключенные к совместно используемому концентратору, используют один и тот же коллизионный домен и одну и туже полосу пропускания. На рис. 5.43 приведен пример расчета полосы пропускания для одного пользователя в среде Ethernet совместного пользования. В современных проектах сетей не рекомендуется подсоединять 24 пользователей к одному концентратору с полосой пропускания 10 Мбит/с последующим подключением к одному порту коммутатора.
Следует заметить, что некоторые ранние модели коммутаторов, такие как Catalyst 1700, в действительности не могут делить коллизионный домен и полосу пропускания, поскольку не поддерживают множественное назначение МАС-адресов каждому порту. В этом случае число ARP-запросов и широковещательных рассылок становится большим.
В большинстве случаев концентраторы среды с общим доступом используются в коммутируемой среде локальных сетей для увеличения количества точек подключения на концах горизонтальных кабельных трасс, как показано на рис. 5.43. Такой подход является приемлемым, однако нужно гарантировать, что размеры коллизионных доменов не будут увеличиваться и требования, касающиеся полосы пропускания к хосту, будут выполнены согласно спецификациям, собранным на соответствующем этапе проектирования сети.
Рис. 5.44. Уровень 2: увеличение полосы пропускания сети Проектирование 3-го уровня топологии локальной сети
Переход на большую полосу пропускания на 2-ом уровне
При росте сети растет и потребность в большей полосе пропускания. В вертикальных соединениях неиспользуемое оптоволокно можно применить для связи с портом коммутатора, имеющим полосу пропускания 100 Мбит/с. Полоса пропускания сети, показанной на рис. 5.44, удвоена по сравнению с полосой пропускания вертикального кабеля сети, представленной на рис. 5.43. Это происходит за счет внедрения еще одной линии.
Проектирование 3-го уровня топологии локальной сети.
Устройства 3-го (сетевого) уровня (рис. 5.45), такие как маршрутизаторы, могут использоваться для создания отдельных сегментов локальной сети и обеспечения обмена информацией между сегментами, основываясь на адресации 3-го уровня, т.е. на IP- адресах. Внедрение устройств 3-го уровня, например маршрутизаторов, позволяет осуществить сегментацию локальной сети на обособленные физические и логические сети. Маршрутизаторы также позволяют подключаться к распределенным сетям (wide- area network — WAN), таким как Internet.
Маршрутизация 3-го уровня определяет транспортировку потока данных между отдельными физическими сегментами сети такими, как IP-сеть и подсеть, основываясь на адресации 3-го уровня. Маршрутизатор представляет собой одно из наиболее мощных устройств в сети.
Как известно, маршрутизатор перенаправляет пакеты данных, основываясь на адресах пунктов назначения. Вместе с тем, маршрутизатор не перенаправляет широковещательные рассылки локальных сетей, такие как ARP-запросы. Следовательно, интерфейс маршрутизатора рассматривается как точка входа-выхода широковещательного домена, которая предотвращает переход широковещательных рассылок из одних сегментов локальной сети в другие.
Одной из важнейших характеристик сети является общее количество широковещательных рассылок, таких как ARP-запросы. Используя виртуальные локальные сети, можно ограничить поток широковещательных сообщений внутри сети и, таким образом, уменьшить широковещательный домен (рис. 5.46). Виртуальные сети могут также использоваться для обеспечения безопасности, путем создания групп в виртуальных сетях согласно функциям этих групп (рис. 5.47).
На рис. 5.46 физические порты используются для назначения виртуальной сети. Порты РО, Р1, и Р4 назначены виртуальной сети 1, а порты Р2, РЗ, и р5 — виртуальной сети 2. Обмен информацией между виртуальными сетями 1 и 2 может происходить только через маршрутизатор. Эта схема ограничивает размеры широковещательных доменов и использует маршрутизатор для того, чтобы определить, может ли виртуальная сеть 1 обмениваться данными с виртуальной сетью 2. Это создает возможность увеличения безопасности, основанную на назначениях виртуальной сети.
Маршрутизаторы обеспечивают расширяемость, так как они могут служить в качестве брандмауэров для широковещательных рассылок, как показано на рис. 5.48. Кроме того, поскольку адреса 3-го уровня обычно являются структурированными, маршрутизаторы могут обеспечивать большую расширяемость путем разделения сетей и подсетей, и, следовательно, структурируя эти адреса. Способы, которыми можно достичь большей расширяемости сетей, показаны на рис. 5.48. Способы достижения большей структурированности и масштабируемости сети показаны на рис. 5.49.
Технология маршрутизации обеспечивает фильтрацию широковещательных и многоадресных рассылок канального уровня. Добавляя порты маршрутизатора с дополнительными адресами сети (network address) или подсети, можно сегментировать сеть в соответствии с текущими требованиями. Адресация и маршрутизация, используемые сетевыми протоколами, обеспечивают встроенное расширение. При решении вопроса о том что использовать маршрутизатор или коммутатор, необходимо ответить на вопрос:
"Какую проблему необходимо решить?" Если проблема связана скорее с протоколом, чем с конкуренцией в сети, то следует использовать маршрутизатор. Маршрутизаторы решают проблемы, связанные с чрезмерным широковещанием, плохо масштабируемыми протоколами, аспектами безопасности и адресацией сетевого уровня. В то же время, маршрутизаторы стоят дороже и сложнее в настройке, чем коммутаторы.
В структурированной кабельной схеме 1-го уровня легко создавать многочисленные физические сети путем простого соединения вертикальных и горизонтальных кабелей с соответствующим коммутатором 2-го уровня. В следующих главах рассказывается, как подобный подход обеспечивает надежную реализацию защиты. И, наконец, следует напомнить, что маршрутизатор в локальной сети является центральной точкой прохождения потока данных.