Архитектура компьютерной сети

При планировании сети к нему предъявляются различные требования. Перечислим некоторые из них. Большинство организаций предъявляют всего несколько требований к своим сетям:

· сеть должна быть постоянно активной, даже в случае отказа каналов или оборудования, а также превышения нагрузки;

· сеть должна обеспечивать надежный доступ к приложениям и допустимое время отклика между двумя узлами;

· сеть должна быть безопасной; она должна защищать как данные, передаваемые по ней, так и данные, хранящиеся на подключенных к ней устройствах;

· сеть должна быть легко изменяемой, чтобы адаптироваться к расширению и изменениям предприятия в целом;

· поскольку время от времени могут возникать сбои, поиск и устранение неисправностей не должны представлять сложности. Поиск и устранение неполадок не должны занимать много времени.

Основные цели проектирования

При близком рассмотрении эти требования преобразуются в четыре основные цели проектирования сетей:

· масштабируемость;

· доступность;

· безопасность;

· управляемость.

Объясню по порядку:

Масштабируемые сети способны расширяться для добавления новых групп пользователей и удаленных узлов, а также поддерживать новые приложения без ухудшения уровня обслуживания существующих пользователей.

Сеть, разработанная для обеспечения доступности, должна обеспечивать постоянную надежную работу 24 часа в сутки, 7 дней в неделю. Кроме того, сбой одного канала или одного компонента оборудования не должен значительно влиять на производительность сети.

Безопасность — характеристика, которая должна учитываться при разработке сети, а не после ее завершения. Планирование размещения устройств, обеспечивающих безопасность, фильтров и межсетевых экранов очень важно для защиты сетевых ресурсов.

Независимо от того, насколько хорошо была разработана сеть, сетевые администраторы должны иметь возможность управлять сетью и обслуживать ее. Сеть, слишком запутанная или сложная для обслуживания, не может работать эффективно.

Чтобы выполнить все эти четыре основные задачи проектирования, в основе сети должна лежать архитектура, предусматривающая универсальность применения и расширение. И это всё обеспечивает иерархическая архитектура сети.

Я являюсь студентом “Cisco Networking Academy” и в учебных материалах этой академии написано что есть иерархическая конструкция сети и есть плоский тип сети. Сейчас объясню суть иерархической архитектуры сети.

Представьте себе, как усложнилась бы система связи, если бы сообщения можно бы было отправлять, указывая только имя адресата. Если бы на конверте не было улицы, города или страны, было бы практически невозможно доставить письмо в нужную точку мира и нужному лицу.

В сети Ethernet MAC-адрес узла играет примерно ту же роль, что и имя человека. Он идентифицирует конкретный узел, но не указывает, в какой месте сети он находится. Если бы у всех узлов (а их более 400 миллионов) был только уникальный MAC-адрес, найти один из них было бы крайне сложно.

Кроме того, при обмене данными между узлами технология Ethernet генерирует много широковещательного трафика. Широковещательные рассылки отправляются всем узлам, подключенным к одной сети. Они занимают часть полосы пропускания и замедляют работу сети. Чтобы бы случилось, если бы миллионы подключенных к Интернету узлов входили в одну сеть Ethernet и использовали широковещательные рассылки?

Поэтому большие сети Ethernet, состоящие их многих узлов, неэффективны. Крупные сети лучше разделить на более мелкие и более управляемые части. Один из способов деления предполагает использование иерархической модели конструкции.

При создании сетей иерархическая конструкция позволяет группировать устройства по нескольким сетям, организуя уровни. Они состоят из меньших более управляемых групп, в которых локальный трафик остается локальным. На верхний уровень попадает только трафик, предназначенный для других сетей.

Иерархическая, уровневая конструкция повышает эффективность, оптимизирует систему и увеличивает скорость. Она позволяет масштабировать сеть по мере необходимости, позволяя добавлять локальные сети, не снижая эффективности существующих.

В иерархической конструкции есть три базовых уровня:

· уровень доступа;

· уровень распределения;

· уровень ядра.

Уровень доступа.

Уровень доступа соединяет устройства конечных пользователей с сетью и позволяет нескольким узлам подключаться к другим узлам через сетевое устройство, обычно концентратор или коммутатор. Обычно сетевая часть IP-адреса всех устройств одного и того же уровня доступа совпадает. Если сообщение предназначено локальному узлу, оно остается на локальном уровне. Если сообщение предназначено для другой сети, оно передается на уровень распределения. Концентраторы и коммутаторы обеспечивают связь с устройствами уровня распределения, обычно с маршрутизаторами.

Уровень распределения.

Уровень распределения соединяет разные сети и контролирует потоки информации между сетями. Обычно коммутаторы этого уровня мощнее, чем на уровне доступа. Кроме того, для маршрутизации данных между сетями используются маршрутизаторы. Устройства уровня распределения контролируют тип и количество трафика, идущего с уровня доступа к центральному уровню.

Центральный уровень.

Центральным называется основной высокоскоростной уровень с дублирующими (резервными) соединениями. На этом уровне большие объемы данных передаются между несколькими сетями. Обычно на центральном уровне находятся очень мощные, высокоскоростные коммутаторы и маршрутизаторы. Основная задача центрального уровня - быстрая передача данных.

Топологии соединения компьютеров в сети.

При построении компьютерной сети используется 3 топологии:

· Шина;

· Кольцо;

· Звезда.

Шина.

Топология общая шина предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети. Отправляемое какой-либо рабочей станцией сообщение распространяется на все компьютеры сети. Каждая машина проверяет, кому адресовано сообщение, — если сообщение адресовано ей, то обрабатывает его. Принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать и принимать данные. Для того, чтобы исключить одновременную посылку данных, применяется либо «несущий» сигнал, либо один из компьютеров является главным и «даёт слово» «МАРКЕР» остальным компьютерам такой сети.

Шина самой своей структурой допускает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов. При таком соединении компьютеры могут передавать информацию только по очереди, — последовательно — потому что линия связи единственная. В противном случае пакеты передаваемой информации будут искажаться в результате взаимного наложения. Таким образом, в шине реализуется режим полудуплексного обмена.

В топологии «шина» отсутствует центральный абонент, через которого передается вся информация, что увеличивает надежность «шины». Добавление новых абонентов в «шину» достаточно простое и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании «шины» нужно минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другой топологией. Правда, нужно учесть, что к каждому компьютеру подходят два кабеля, что не всегда удобно.

«Шине» не страшны отказы отдельных компьютеров, потому что все другие компьютеры сети продолжат нормально обмениваться информацией. Но так как используется только один общий кабель, — в случае его обрыва нарушается работа всей сети. Тем не менее может показаться, что «шине» обрыв кабеля не страшен, поскольку в этом случае остаются две полностью работоспособные «шины». Однако из-за особенности распространения электрических сигналов по длинным линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины специальных устройств — Терминаторов.

Без включения терминаторов в «шину» сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. Таким образом при разрыве или повреждении кабеля нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались физически соединенными между собой. Короткое замыкание в любой точке кабеля «шины» выводит из строя всю сеть. Хотя в целом надежность «шины» все же сравнительно высока, так как выход из строя отдельных компьютеров не нарушит работоспособность сети в целом, поиск, тем не менее, неисправности в «шине» затруднен. В частности: любой отказ сетевого оборудования в «шине» очень трудно локализовать, потому что все сетевые адаптеры включены параллельно, и понять, который из них вышел из строя, не так-то просто.

При построении больших сетей возникает проблема ограничения на длину линии связи между узлами, — в таком случае сеть разбивают на сегменты. Сегменты соединяются различными устройствами — повторителями, концентраторами. Например, технология Ethernet позволяет использовать кабель длиной не более 185 метров.