2.1.2 Принципы построения иерархических сетей

Наличие иерархической структуры еще не означает, что сеть спроектирована правильно. Далее будут рассмотрены принципы, которые должны быть учтены при проектировании эффективных и надежных сетей, построенных по иерархической модели. Эти принципы характеризуют собой первые практические шаги в приведении одноуровневой сетевой топологии к иерархической архитектуре.

Диаметр сети

Первой характеристикой, которая должна быть учтена при построении иерархической сети, является диаметр сети. Обычно диаметр – это мера расстояния, но в контексте телекоммуникационных сетей этот термин используется для измерения количества устройств. Диаметр сети – это количество устройств, через которые должен пройти пакет, пока он не достигнет пункта назначения. Сохранение небольшого диаметра сети гарантирует низкие и предсказуемые задержки в передаче информации между устройствами.

Рисунок 2.6 – Диаметр сети

На рис. 2.6 показан сценарий связи между устройствами PC1 и PC3. Между этими устройствами имеется до 6-ти связанных коммутаторов. В данном случае диаметр сети равен 6. Каждый коммутатор на пути следования пакетов представляет собой некую величину задержки. Задержка на сетевом устройстве – это время, которое затрачивает устройство на обработку пакета или фрейма. Каждый коммутатор определяет MAC-адрес узла назначения, сравнивает его со своей таблицей MAC-адресов, и направляет фрейм на соответствующий порт. Несмотря на то, что такая операция выполняется за доли секунды, общее время увеличивается при прохождении большего количества устройств.

В трехуровневой иерархической модели сегментация Уровня 2 (канального уровня) на уровне распределения практически избавляет сеть от проблем, связанных с диаметром сети. В иерархической сети диаметр сети всегда представляет собой предсказуемое число переходов (hops) между источником и узлом назначения.

Агрегирование полосы пропускания

Каждый уровень иерархии является возможным средством агрегирования пропускной способности сети. Агрегирование полосы пропускания – это объединение нескольких физических интерфейсов между коммутаторами в один логический канал связи.

Агрегирование каналов (рис. 2.7) позволяет осуществить объединение нескольких каналов коммутаторов на уровне портов для достижения большей пропускной способности между коммутаторами. Например, компания Cisco владеет собственной технологией агрегирования каналов, которая называется EtherChannel, и позволяет консолидировать несколько каналов Ethernet. Одна из первых технологий для агрегации каналов.

Рисунок 2.7 – Агрегирование полосы пропускания

На рис. 2.7 показан сценарий, при котором компьютеры PC1 и PC3 требуют значительного объема полосы пропускания, так как они используются для расчетов и моделирования погодных условий. Управляющий сетью определил, что коммутаторы уровня доступа S1, S3 и S5 требуют увеличения пропускной способности. Следуя иерархии, становится очевидным, что эти коммутаторы соединены с коммутаторами уровня распределения – D1, D2 и D4, которые в свою очередь соединены с коммутаторами ядра – C1 и C2. Обратим внимание, что некоторые каналы (выделены жирным), закрепленные за определенными портами, агрегированы. При этом для определенного участка сети обеспечена повышенная пропускная способность.

В коммутаторах D-Link используется стандарт IEEE 802.3ad (принят в 2000 году), допускающий объединение до 8 однотипных портов коммутатора в один логический канал.

Резервирование

Резервирование – это один из способов создания сети с высокой степенью доступности. Резервирование может обеспечиваться несколькими путями. К примеру, можно удваивать количество физических соединений между устройствами, или удваивать количество самих устройств.

Построение резервных связей может быть дорогостоящей задачей. Можно представить себе ситуацию, когда каждый коммутатор на определенном уровне иерархии имеет связь с каждым коммутатором на следующем уровне. Внедрение резервирования на уровне доступа представляется маловероятной необходимостью из-за его стоимости и ограниченных возможностей оконечных устройств, но резервирование на уровне распределения и на уровне ядра – задача, которая решается при построении эффективных иерархических сетей.

На рис. 2.8 показаны резервные связи на двух уровнях – распределения и ядра. На уровне распределения имеются два коммутатора – это минимум, которого достаточно для обеспечения резервирования на этом уровне. Коммутаторы уровня доступа – S1, S3, S4 и S6 – перекрестно соединены с коммутаторами уровня распределения. Это обеспечивает защиту сети от случаев, когда один из коммутаторов уровня распределения даст сбой.

Рисунок 2.8 – Резервные связи в иерархической сети

Существуют такие сценарии ошибок в сети, которые невозможно предотвратить, например, когда обесточивается весь город, или когда все здание разрушено из-за землетрясения. Резервирование не предоставляет защиту от подобных случаев и катастроф.

Отправная точка – уровень доступа

Представим, что требуется разработать проект новой сети. Требования к архитектуре, такие как уровень производительности или наличие резервирования, определяются бизнес-целями организации. Как только эти требования задокументированы, проектировщик может начинать выбор оборудования и инфраструктуры для реализации проекта.

Когда выбирается оборудование для уровня доступа необходимо убедиться в том, что будут охвачены все сетевые устройства, которые требуют сетевого доступа. После того, как учтены все оконечные устройства, более ясным становится решение задачи определения количества коммутаторов уровня доступа. Количество коммутаторов уровня доступа и предположительный объем трафика, который каждый из них будет генерировать, помогает определить необходимое количество коммутаторов на уровне распределения для обеспечения требуемых производительности и резервирования. Обладая известным количеством коммутаторов на уровне распределения, можно определить количество коммутаторов уровня ядра, необходимое для поддержания производительности сети.