Современные организации стремятся внедрять новые сервисы и приложения, но зачастую камнем преткновения становится устаревшая сетевая инфраструктура, неспособная поддерживать инновации. Решить эту проблему призваны технологии, созданные на основе открытых стандартов.
Сегодня в ИТ прочные позиции завоевал подход, основанный на стандартах, – заказчики почти всегда отдают предпочтения стандартным решениям. С уходом эпохи, когда господствовали мейнфреймы, стандарты завоевали прочные позиции. Они позволяют комбинировать оборудование разных производителей, выбирая «лучшие в своем классе» продукты и оптимизировать стоимость решения. Но в сетевой отрасли не все так однозначно.
На сетевом рынке до сих пор доминируют закрытые системы, а совместимость решений разных производителей обеспечивается в лучшем случае на уровне интерфейсов. Несмотря на стандартизацию интерфейсов, стеков протоколов, сетевых архитектур, сетевое и коммуникационное оборудование разных вендоров нередко представляет собой проприетарные решения. Например, даже развертывание современных «сетевых фабрик» Brocade Virtual Cluster Switch, Cisco FabricPath или Juniper QFabric предполагает замену имеющихся коммутаторов, а это не дешевый вариант. Что уж говорить про технологии «прошлого века», которые еще работают, но тормозят дальнейшее развитие сетей и функционирующих в них приложений.
Эволюция сетей. От проприетарных к открытым решениям.
Проводимые в последние годы исследования показывают, что существует разрыв между предложениями вендоров сетевого оборудования и предпочтениями его покупателей. Например, по данным одного из опросов, 67% заказчиков считают, что проприетарных продуктов по возможности следует избегать, 32% допускают их использование. Лишь 1% респондентов уверены, что проприетарные продукты и средства обеспечивают лучшую интеграцию и совместимость, чем стандартные. То есть в теории большинство заказчиков предпочитает основанные на стандартах решения, но предлагаются в основном проприетарные сетевые продукты.
На практике же при покупке нового оборудования или расширении сетевой инфраструктуры заказчики нередко выбирают решения того же вендора или то же семейство продуктов. Причины – инерция мышления, желание свести к минимуму риски при обновлении критичных систем. Однако основанные на стандартах продукты намного проще заменить, даже если это продукты разных производителей. К тому же при определенных условиях комбинация систем разных вендоров позволит получить функциональное сетевое решение за разумную цену и снизить совокупную стоимость владения.
Это не означает, что не стоит покупать проприетарные, фирменные технологии, не описываемые открытым стандартом, а являющиеся уникальной технологией определенного вендора. Именно они обычно реализуют инновационные функции и средства. Использование проприетарных решений и протоколов зачастую позволяет получить лучшие показатели по сравнению с открытыми стандартами, но при выборе подобных технологий, необходимо максимально сокращать (а лучше - исключать) их применение на границах отдельных сегментов или технологических узлов сетевой инфраструктуры, что особенно важно в мультивендорных сетях. Примерами таких сегментов могут служить уровни доступа, агрегации или ядра сети, граница между локальной и глобальной сетями, сегменты, реализующие сетевые с приложения (например, балансировка нагрузки, оптимизация трафика) и т.п.
Проще говоря, применение проприетарных технологий должно ограничиваться их использованием внутри границ сегментов, реализующих специализированные сетевые функции и/или приложения (своего рода типовые «строительные блоки» сети). В случаях, когда нестандартные фирменные технологии используются в качестве основы всей корпоративной сети или больших сетевых доменов, это увеличивает риск «привязки» заказчика к одному производителю.
Иерархические и плоские сети
Цель построения корпоративных сетей передачи данных (КСПД), будь то сеть географически распределенной компании или сеть ЦОД, – обеспечение работы бизнес-приложений. КСПД - один из важнейших инструментов развития бизнеса. В компании с территориально-распределенной структурой бизнес нередко зависит от надежности и гибкости совместной работы ее подразделений. В основе построения КСПД лежит принцип разделения сети на «строительные блоки» – каждый характеризуется свойственными ему функциями и особенностями реализации. Принятые в отрасли стандарты позволяют использовать в качестве таких строительных блоков сетевое оборудование разных вендоров. Частные (проприетарные) протоколы ограничивают свободу выбора для заказчиков, что в результате приводит к ограничению гибкости бизнеса и повышает издержки. Применяя стандартизированные решения, заказчики могут выбрать лучший продукт в интересующей их области и интегрировать его с другими продуктами, используя открытые стандартные протоколы.Современные крупные сети очень сложны, поскольку определяются множеством протоколов, конфигурациями и технологиями. С помощью иерархии можно упорядочить все компоненты в легко анализируемой модели. Иерархическая модель помогает в разработке, внедрении и обслуживании масштабируемых, надежных и эффективных в стоимостном выражении объединенных сетей.
Трехуровневая архитектура корпоративной сети.
Традиционная архитектура корпоративной сети включает в себя три уровня: уровень доступа, агрегирования/распределения и ядра. На каждом из них выполняются специфические сетевые функции.
Уровень ядра – основа всей сети. Для достижения максимальной производительности функции маршрутизации и политики управления трафиком выносятся на уровень агрегирования/распределения. Именно он отвечает за надлежащую маршрутизацию пакетов, политики трафика. Задачей уровня распределения является агрегирование/объединение всех коммутаторов уровня доступа в единую сеть. Это позволяет существенно уменьшить количество соединений. Как правило, именно к коммутаторам распределения подключаются самые важные сервисы сети, другие ее модули. Уровень доступа служит для подключения клиентов к сети. По аналогичной схеме строились и сети ЦОД.
Устаревшая архитектура трехуровневой сети в центре обработки данных.
Традиционные трехуровневые архитектуры ориентированы на клиент-серверную парадигму сетевого трафика. С дальнейшим развитием технологий виртуализации и интеграции приложений возрастает поток сетевого трафика между серверами. Аналитики говорят () о смене парадигмы сетевого трафика с направления «север-юг», на «восток-запад», т.е. на существенное преобладание трафика между серверами в отличие от обмена между сервером и клиентами.
То есть трафик между серверами проходит через уровни доступа, агрегации, ядра сети и обратно неоптимальным образом, за счет необоснованного увеличения общей длины сетевого сегмента и количества уровней обработки пакетов сетевыми устройствами. Иерархические сети недостаточно приспособлены для обмена данными между серверами, не вполне отвечают требованиям современных ЦОД с высокой плотностью серверных ферм и интенсивным межсерверным трафиком. В такой сети обычно используются традиционные протоколы защиты от петель, резервирования устройств и агрегированных соединений. Ее особенности: существенные задержки, медленная сходимость, статичность, ограниченная масштабируемость и т.п. Вместо традиционной древовидной топологии сети необходимо использовать более эффективные топологии (CLOS/ Leaf-Spine/ Collapsed), позволяющие уменьшить количество уровней и оптимизировать пути передачи пакетов.
HP упрощает архитектуру сети с трёхуровневой (характерной для традиционных сетевых архитектур Cisco) до двух- или одноуровневой.
Сейчас тенденция такова, что все больше заказчиков при построении своих сетей ориентируются на построение сетей передачи данных второго уровня (L2) с плоской топологией. В сетях ЦОД переход к ней стимулируется увеличением числа потоков «сервер – сервер» и «сервер – система хранения». Такой подход упрощает планирование сети и внедрение, а также снижает операционные расходы и общую стоимость вложений, делает сеть более производительной.
В ЦОД плоская сеть (уровня L2) лучше отвечает потребностям виртуализации приложений, позволяя эффективно перемещать виртуальные машины между физическими хостами. Еще одно преимущество, которое реализуется при наличии эффективных технологий кластеризации/стекирования – отсутствие необходимости в протоколах STP/RSTP/MSTP. Такая архитектура в сочетании с виртуальными коммутаторами обеспечивает защиту от петель без использования STP, а в случае сбоев сеть сходится на порядок быстрее, чем при использовании традиционных протоколов семейства STP.
Архитектура сети современных ЦОД должна обеспечивать эффективную поддержку передачи больших объемов динамического трафика. Динамический трафик обусловлен существенным ростом количества виртуальных машин и уровня интеграции приложений. Здесь необходимо отметить все возрастающую роль различных технологий виртуализации информационно-технологической (ИТ) инфраструктуры на базе концепции программно-определяемых сетей (SDN).
Концепция SDN в настоящее время широко распространяется не только на уровень сетевой инфраструктуры отдельных площадок, но и на уровни вычислительных ресурсов и систем хранения как в рамках отдельных, так и географически-распределенных ЦОД (примерами последних являются HP Virtual Cloud Networking – VCN и HP Distributed Cloud Networking – DCN).
Ключевой особенностью концепции SDN является объединение физических и виртуальных сетевых ресурсов и их функционала в рамках единой виртуальной сети. При этом важно понимать, что несмотря на то, что решения сетевой виртуализации (overlay) могут работать поверх любой сети, производительность/доступность приложений и сервисов в значительной степени зависят от работоспособности и параметров физической инфраструктуры (underlay). Таким образом, объединение преимуществ оптимизированной физической и адаптивной виртуальной сетевых архитектур, позволяет строить унифицированные сетевые инфраструктуры для эффективной передачи больших потоков динамического трафика по запросам приложений.
Архитектура HP FlexNetwork
Для построения плоских сетей вендоры разрабатывают соответствующее оборудование, технологии и сервисы. В числе примеров – Cisco Nexus, Juniper QFabric, HP FlexFabric. В основе решения HP – открытая и стандартизированная архитектура HP FlexNetwork.HP FlexNetwork включает в себя четыре взаимосвязанных компонента: FlexFabric, FlexCampus, FlexBranch и FlexManagement. Решения HP FlexFabric, HP FlexCampus и HP FlexBranch оптимизируют сетевые архитектуры, соответственно центров обработки данных, кампусов и филиалов предприятий, позволяя по мере роста поэтапно мигрировать от традиционных иерархических инфраструктур к унифицированным виртуальным, высокопроизводительным, конвергентным сетям или сразу строить такие сети на основе эталонных архитектур, рекомендованных НР.
HP FlexManagement предоставляет возможности комплексного мониторинга, автоматизации развертывания/настройки/контроля мультивендорных сетей, унифицированного управления виртуальными и физическими сетями с единой консоли, что ускоряет развертывание сервисов, упрощает управление, повышает доступность сети, избавляет от сложностей, связанных с применением множества систем администрирования. Причем система может управлять устройствами десятков других производителей сетевого оборудования.
HP FlexFabric поддерживает коммутацию в сетях до 100GbE на уровне ядра и до 40GbE на уровне доступа, использует технологию HP Virtual Connect. Внедряя архитектуру FlexFabric, организации могут поэтапно перейти от трехуровневых сетей на оптимизированные двух- и одноуровневые сети.
Заказчики могут поэтапно переходить от проприетарных устаревших сетей к архитектуре HP FlexNetwork с помощью HP Technology Services. HP предлагает услуги по миграции от проприетарных сетевых протоколов, например Cisco EIGRP (хотя в Cisco этот протокол называют «открытым стандартом»), к действительно стандартным протоколам маршрутизации OSPF v2 и v3. Кроме того, HP предлагает сервисы администрирования FlexManagement и набор услуг, касающихся жизненного цикла каждого модульного «строительного блока» HP FlexNetwork, включая планирование, проектирование, внедрение и сопровождение корпоративных сетей.
HP продолжает улучшать возможности своего оборудования, как на уровне аппаратных платформ, так и на основе концепции Software Defined Network (SDN), внедряя различные протоколы динамического управления коммутаторами и маршрутизаторами (OpenFlow, NETCONF, OVSDB). Для построения масштабируемых Ethernet фабрик в ряде моделей сетевых устройств HP внедрены такие технологии как TRILL, SPB, VXLAN (перечень устройств с поддержкой этих протоколов постоянно расширяется). В дополнение к стандартным протоколам категории DCB (в частности VPLS), HP разработаны и активно развиваются фирменные технологии эффективного объединения географически распределенных ЦОД в единую L2 сеть. Например, текущая реализация протокола HP EVI (Ethernet Virtual Interconnect) позволяет подобным образом объединить до 64-площадок ЦОД. Совместное же использование HP EVI и протокола виртуализации устройств HP MDC (Multitenant Device Context) предоставляет дополнительные возможности по расширению, повышение надежности и безопасности распределенных виртуализированных L2 сетей.
Выводы
В каждом конкретном случае выбор архитектуры сети зависит от множества факторов – технических требований к КСПД или ЦОД, пожеланий конечных пользователей, планов развития инфраструктуры, опыта, компетенции и т.д. Что касается проприетарных и стандартных решений, то первые подчас позволяют справиться с задачами, для которых не подходят стандартные решения. Однако на границе сегментов сети, построенной на оборудовании разных вендоров, возможности их использования крайне ограничены.Масштабное применение проприетарных протоколов в качестве основы для корпоративной сети, может серьезно ограничить свободу выбора, что в конечно счете влияет на динамичность бизнеса и увеличит его издержки.
Открытые, основанные на стандартах решения помогают компаниям переходить с унаследованных архитектур к современным гибким сетевым архитектурам, отвечающие таким актуальным задачам как облачные вычисления, миграция виртуальных машин, унифицированные коммуникации и доставка видео, высокопроизводительный мобильный доступ. Организации могут выбирать лучшие в своем классе решения, отвечающие потребностям бизнеса. Использование открытых, стандартных реализаций протоколов снижает риски и стоимость изменений сетевой инфраструктуры. Кроме того, открытые сети, с объединенными физическими и виртуальными сетевыми ресурсами и их функционалом, упрощают перенос приложений в частное и публичное облако.
Наши предыдущие публикации:
»
Внедрение MSA в виртуализированном окружении предприятия
»
Добавить метки
Лекция 13-14. 7. СЕТЕВЫЕ АРХИТЕКТУРЫ
Сетевая архитектура – это комбинация стандартов, топологий и протоколов , необходимых для создания работоспособной сети. В соответствии со стандартными протоколами физического уровня выделяют три основные сетевые архитектуры: Ethernet (протокол 802,3) и Fast Ethernet (протокол 802,30); ArcNet (протокол 802,4); Token Ring (протокол 802.5). Рассмотрим каждую из сетевых архитектур более подробно.
7.1. Ethernet
Это самая популярная в настоящее время сетевая архитектура. Она использует:
физические топологии «шина», «звезда» или «звезда –шина»;
логическую топологию «шина»;
узкополосную передачу данных со скоростями 10 и 100 Мбит/с;
метод доступа – CSMA/CD.
Рис. 7.1. Формат кадра в Ethernet
Поле «Тип протокола» используется для идентификации протокола сетевого уровня (IPX и IP) – маршрутизируемый или нет. Спецификация Ethernet выполняет функции физического и канального уровня модели OSI. Различают несколько стандартов сетевых архитектур Ethernet:
10BaseT – на основе витой пары;
10Base2 – на тонком коаксиале;
10Base5 – на толстом коаксиале;
10BaseFL – на оптоволокне;
10BaseX – со скоростью передачи 100 Мбит/с, который включает в себя ряд спецификаций в зависимости от среды передачи.
7.1.1. Стандарт 10BaseT
Физическая топология представляет собой «звезду» на основе витой пары, соединяющей все узлы сети с концентратором, используя две пары проводов: одну для передачи, другую – для приема (рис. 7.2).
Логически (т.е. по системе передачи сигналов) данная архитектура представляет собой «шину» как и все архитектуры Ethernet. Концентратор выступает как многопортовый репитер. Длина сегмента от 2,5 до 100 м. ЛВС стандарта 10BaseT может обслуживать до 1024 компьютеров.
Концентратор
Концентратор
РС
РС
2,5 – 100 м сегмент
(витая пара UTP категории 3, 4, 5)
Рис. 7.2. Сеть стандарта 10BaseT
Достоинством является возможность использования распределительных стоек и панелей коммутации, что позволяет легко перекоммутировать сеть или добавить новый узел без остановки работы сети. Новейшие концентраторы позволяют расширять топологию сети, соединив отдельные концентраторы между собой магистралью на основе коаксиального или оптоволоконного кабеля и получить топологию «звезда – шина».
7.1.2. Стандарт 10Base2
С
до 30 рабочих станций mmdf
еть такого типа ориентирована на тонкий коаксиальный кабель с максимальной длиной сегмента 185 м и возможностью подключения к одному сегменту до 30 ЭВМ (рис. 7.3).
…
Рис. 7.3. Архитектура сети стандарта 10Base2
Эта сетевая архитектура физически и логически представляет собой «шину». С использованием репитеров может быть увеличена общая протяженность сети введением дополнительных сегментов. Однако при этом необходимо учитывать правило 5-4-3 . Сеть на тонком коаксиале может состоять максимум из 5 сегментов кабеля, соединенных 4 репитерами. При
этом только к 3 сегментам можно подключать рабочие станции. Два из пяти сегментов являются межрепитерными связями и служат только для увеличения длины сети (рис. 7.4). Максимальное число компьютеров до 1024, а общая длина сети до 925м.
… …
Рис. 7.4. Правило 5-4-3 для сети стандарта 10Base2.
7.1.3. Стандарт 10Base5
Сетевая архитектура на толстом Ethernet логически и физически представляет собой «шину» (рис. 7.5). Магистральный сегмент (т. е. главный кабель, к которому подключаются трансиверы для связи с РС) имеет длину до 500 м и возможность подключения до 100 компьютеров. С использованием репитеров, которые также подключаются к магистральному сегменту через трансиверы, общая длина сети может составить 2500 м.
Трансивер
Трансивер
до 100 РС
. . .
Рис. 7.5. Сеть стандарта 10Base5
При расширении сети справедливо правило 5–4–3 и возможно комбинирование тонкого и толстого кабеля. В этом случае в качестве магистрали, способной передавать данные не большие расстояния, используется толстый кабель, а в качестве ответвляющих сегментов используют тонкий.
7.1.4. Стандарт 10BaseFL
Данная архитектура строится на оптоволоконном кабеле, доступ к которому со стороны компьютеров и репитеров осуществляется с помощью трансиверов (рис. 7.6). На сегодняшний день в основном используются внешние трансиверы.
оптический ответвитель
Рис. 7.6. Сеть стандарта 10BaseFL
Особенность этих трансиверов в том, что их передатчики преобразуют электрические сигналы от ЭВМ в световые импульсы, а приемники – световые в электрические. Популярность использования 10BaseFL обусловлена:
высокой помехозащищенностью;
возможностью прокладки кабеля между репитерами на большие расстояния, т. к. длина сегмента до 2 – 4 км;
использование повторителей позволяющих реализовать «каскадные звезды» путем соединения оптических ответвителей.
7.1.5. Стандарт 100BaseX Ethernet
Этот стандарт, иногда называемый Fast Ethernet, является расширением существующей сетевой архитектуры Ethernet и соответствует протоколу физического уровня IEEE 802.30. Его особенностью является то, что он сохранил стандартный для Ethernet метод доступа CSMA/CD, от которого отходили разработчики других технологий повышенной скорости передачи в сети. Сохранение метода доступа означает, что имеющиеся в наличие драйверы для Ethernet будут работать без изменений.
Преимуществом этой технологии, появившейся в конце 1993 года, является то, что степень ее совместимости с Ethernet–сетями, позволяет интегрировать ее в эти сети с помощью двухскоростных сетевых адаптеров или мостов. Данная сетевая архитектура использует физическую топологию «звезда» или «звезда – шина» (подобно 10BaseT), где все кабели подключаются к концентратору (рис. 7.7). Различают три спецификации среды:
100BaseT4 (UTR категории 3, 4 или 5 с 4-мя парами);
100BaseTX (UTR или STP категории 5 с 2-мя парами);
100BaseFX (двужильный оптоволоконный кабель).
7.1.6. Сегментация сети
Мы уже рассматривали задачу построения сети из нескольких сегментов. В частности, если не хватает длины одного сегмента для соединения всех пользователей сети, то можно через репитер подключить еще один сегмент. Но иногда возникает и другая задача. Пусть имеем сегмент сети с очень интенсивным трафиком, который снижает производительность всей сети. Повысить ее производительность можно, если разделить перегруженный сегмент на два и соединить их с помощью моста или маршрутизатора (рис. 7.8). Тогда трафик в каждом сегменте уменьшится, т.к. меньшее число компьютеров в каждом из сегментов попытается осуществить передачу, и время доступа к кабелю сокращается. Сегментация может помочь и при ограничении доступа к конфиденциальной информации.
7.2. Сетевые архитектуры ArcNet и ArcNet Plus
Это простая, гибкая и недорогая сетевая архитектура, поддерживающая протокол физического уровня IEEE 802.4:
физическая топология - «звезда», «шина», «звезда – шина»;
логическая топология – упорядоченное «кольцо»;
широкополосная передача данных 2,5 Мбит/с и 20 Мбит/с (для ArcNet Plus);
метод доступа маркерный;
средой передачи может быть:
коаксиальный кабель (длиной 600 м при «звезде» и 300 м при «шине»);
витая пара (максимальная длина 244 м – при «звезде» и «шине»);
Рис. 7.9. Архитектура Arc Net
омпьютеры могут быть коаксиальным кабелем связаны в шину или в иных случаях подключены к концентраторам, которые могут быть: пассивными; активными; интеллектуальными. Пассивные концентраторы просто осуществляют коммутацию кабельных соединений сети. Активные – восстанавливают и ретранслируют сигнал. Интеллектуальные - обнаруживают изменения в сети и удаленно управляют работой сетевых устройств.
Особенность маркерного доступа ArcNet (рис.7.9) состоит в том, что:
все компьютеры имеют свои сетевые адреса;
маркер передается между компьютерами согласно их номерам;
маркер двигается от компьютера с меньшим номером к компьютеру с более высоким номером, хотя тот может находиться на другом конце сети;
приемник, получив маркер, добавляет к нему свой пакет, который, дойдя до адресата, освобождает маркер.
Рис. 7.10. Пакт передачи информации в ArcNet
Общее количество узлов: 255 – ArcNet; 2047 – Arc Net Plus. ArcNet – это одна из самых старых сетевых архитектур, реализованная недавно фирмой DataPoint в более современную ArcNet Plus. Однако на смену этим архитектурам приходят более современные и производительные. Одной из таких архитектур является FDDI, которая будет рассмотрена ниже. А сейчас познакомимся с давно используемой и хорошо зарекомендовавшей себя архитектурой.
7.3. Token Ring (Маркерное кольцо)
Данная сетевая архитектура была разработана и внедрена фирмой IBM еще в 1984 г. как часть предложенного ею способа объединить в сеть весь ряд выпускаемых IBM компьютеров: персональные компьютеры; средние ЭВМ и мейнфреймы. Разрабатывая эту технологию, IBM ставила задачу обеспечить простоту монтажа кабеля – витой пары – соединяющего компьютер с сетью через розетку. Token Ring является реализацией протокола физического уровня IEEE 802.5:
физическая топология – «звезда»;
логическая топология – «кольцо»;
узкополосный тип передачи;
скорость передачи 4 и 16 Мбит/с;
соединение неэкранированной и экранированной витой пары;
метод доступа – маркерное кольцо.
Указывается: передается кадр маркера или кадр данных
Содержит информацию: кадр – для всех РС;
кадр - для одной РС
Сообщает: был ли распознан и скопирован кадр (доступен ли адрес приемника)
Рис. 7.11. Формат кадра, используемый в сетях Token Ring
7.3.1. Аппаратные компоненты
Логическое кольцо в этой сетевой архитектуре организуется концентратором, который называется модулем множественного доступа (MSAU – MultyStation Access Unit) или интеллектуальным модулем множественного доступа (SMAU – Smart Multystation Access Unit). Кабели (витые пары) соединяют клиентов и серверов с MSAU, который работает по принципу других концентраторов.
Рис. 7.12. Логическое кольцо
При соединении компьютеров он включается в кольцо (рис. 7.12). IBM MSAU имеет 10 портов соединения. К нему можно подключить до 8 компьютеров. Каждое кольцо может содержать до 33 концентраторов.
Общее число компьютеров – 72 при использовании UTP и 260 при использовании STP. Другие производители выпускают MSAU большей емкости (в зависимости от модели). Расширение логического кольца на базе концентраторов позволяет увеличить общее количество узлов в сети (рис. 7.13).
При этом расстояние между концентраторами до 45м (152м), а каждая РС соединяется с MSAU: при UTP - сегментом до 45м; при STR - сегментом до 100м. Расстояние между MSAU можно увеличить до 365, установив репитер.
Репитер
Рис. 7.13. Расширение логического кольца
Известны две модели сетевых плат на 4 и 16 Мбит/с. Платы на 16Мбит/с могут обеспечить передачу более длинных кадров, что сокращает количество передач для одного и того же объема данных.
7.3.2. Мониторинг системы
Компьютер, который первым начал работу, наделяется системой Token Ring особыми функциями. Этот компьютер:
должен наблюдать за работой всей системы;
осуществляет текущий ее контроль;
проверяет корректность отправки и получения кадров;
отслеживает кадры, проходящие по кольцу более одного раза;
гарантирует, что в кольце одновременно находится лишь один маркер.
В «теоретической» кольцевой топологии вышедший из строя компьютер останавливает движение маркера, что в свою очередь останавливает работу всей сети. В реальных сетевых архитектурах Token Ring используются интеллектуальные концентраторы, которые в состоянии обнаружить отказавшую сетевую плату (РС) и во время отключить ее.
Эта процедура позволяет “обойти” отказавший компьютер, поэтому маркер продолжает свое движение. Таким образом, отказавший компьютер не влияет на работу сети.
7.4. FDDI - распределенный волоконно-оптический интерфейс
передачи данных
7.4.1. Общие характеристики
Одной из современных сетевых архитектур является архитектура FDDI (Fiber Distributed Data Interface), которая определяет:
двухкольцевую топологию на основе оптоволокна;
с маркерным методом доступа;
со скоростью передачи 100 Мбит/с;
при общей длине колец до 200 км.
захватывает маркер на определенный интервал времени;
за этот интервал передает столько кадров, сколько успеет;
завершает передачу либо по окончании выделенного интервала времени, либо из-за отсутствия передаваемых кадров.
FDDI основана на технологии совместного использования сети. Это означает, что передавать данные одновременно могут несколько компьютеров. Хотя FDDI работает со скоростью 100 Мбит/с, технология совместного использования может стать причиной ее перегрузки. Так, если 10 компьютеров начнут передавать данные со скоростью 10 Мбит/с каждый, общий поток будет равен 100 Мбит/с. А при передачи видеоинформации или данных мультимедиа среда передачи окажется потенциально узким местом системы.
7.4.2. Топология и аппаратные компоненты
F
Рис. 7.14. Топология FDDI
DDI использует передачу маркера в двойном кольце. Трафик сети состоит из двух похожих потоков, движущихся в противоположных направлениях по двум кольцам: основному и дополнительному (рис. 7.14). Обычно данные передаются по основному кольцу. Если в основном происходит сбой, сеть автоматически реконфигурируется, и данные начинают передаваться по второму кольцу в другом направлении. Одно из достоинств FDDI – избыточность: одно кольцо является резервным.
При отказе кольца или разрыве кабеля сеть автоматически переконфигурируется и передача продолжится. Существуют ограничения:
длина кабеля объединенных колец до 200 км;
общее количество компьютеров до 1000 штук;
через каждые 2 км необходима установка репитера.
Так как второе кольцо предназначено для защиты от сбоев, то для высоконадежной передачи эти показатели надо делить на два (500 компьютеров при длине каждого кольца в 100 км). Компьютеры могут подключаться к одному или обоим кольцам (рис. 7.15): станции класса А подключены к обоим кольцам; станции класса В только к основному. Если происходит сбой сети, станции класса А участвуют в переконфигурации, а станции класса В – не участвуют.
Ф
концентратор
Рис. 7.15. Подключение РС к кольцам в FDDI
изически FDDI имеет топологию «звезда». При этом отдельные компьютеры могут иметь соединение «точка-точка» с концентратором. Такое решение позволяет использовать интеллектуальные концентраторы для сетевого управления и поиска неисправностей.
7.4.3. Мониторинг системы
Все компьютеры в среде FDDI отвечают за мониторинг передачи маркера. Чтобы изолировать серьезные сбои в кольце, используется метод, который называется «испускание маяка» («beaconing») (рис. 7.16). Суть метода заключается в следующем:
Компьютер, обнаруживший сбой, посылает в сеть сигнал, который получил название «маяк».
Он посылает его до тех пор, пока не примет маяк предшествующего ему компьютера в кольце.
Процесс продолжается до тех пор, пока в кольце не останется только один компьютер, испускающий маяк (т.е. тот, который находится за неисправным).
Когда компьютер примет свой собственный маяк, он «понимает», что неисправность устранена, восстанавливает маркер кольца и сеть возвращается к нормальной работе.
Компьютер 1 отказал. Компьютер 3 обнаружил сбой, изъял из кольца маркер (обозначен символом "м" на рисунке) и посылает маяк (обозначен символом "с" на рисунке). Он будет посылать маяк до тех пор, пока не примет свой сигнал или маяк от компьютера 2 (рис.7.16а).
Обнаружен сбой
Рис. 7.16. Мониторинг передачи маркера
Компьютер 2, не получив нормального маркерного сообщения, обнаруживает сбой и посылает новый сигнал - свой маяк - в сеть. Компьютер 3, получив маяк от компьютера 2, прекращает передавать свой маяк (рис.7.16б).
Так как компьютер 1 неисправен, то компьютер 2 продолжает посылать маяк. Этот сигнал указывает на то, что сбой произошел на компьютере 1 (рис.7.16в).
Если компьютер 1 восстановил свою работоспособность или отключен от сети, компьютер 2 принимает свой собственный маяк, что приводить к восстановлению работы сети (рис.7.16г).
7.4.4. Области применения FDDI
FDDI обеспечивает высокоскоростную связь между сетями различных типов и может применяться в сетях городского масштаба.
Используется для соединения больших или мини-компьютеров в традиционных компьютерных залах, обслуживая очень интенсивную передачу файлов.
Выступает в качестве магистральных сетей, к которым подключаются ЛВС малой производительности. Подключать все оборудование фирмы к одной ЛВС – не самое мудрое решение. Это может перегрузить сеть, а сбой какого-либо компонента – остановить работу всей фирмы.
Локальные сети, где нужна высокая скорость передачи данных. Это сети, состоящие из инженерных РС и компьютеров, где ведется видеообработка, работают системы автоматизированного проектирования, управления производством.
Любое учреждение, нуждающееся в высокоскоростной обработке. Даже в офисах коммерческих фирм производство графики или мультимедиа для презентаций и других документов нередко вызывает перегрузку сети.
Контрольные вопросы:
Архитектура Ethernet.
Формат кадра в Ethernet.
Сегментация сети.
Сетевые архитектуры ArcNet и ArcNet Plus.
FDDI - распределенный волоконно-оптический интерфейс передачи данных.
Общие характеристики FDDI/
Области применения FDDI.
Компьютерные сети. Архитектура комп. сетей. Основные характеристики архитектуры сетей
Уровень 1 - физический - реализует управление каналом связи, что сводится к подключению и отключению канала связи и формированию сигналов, представивших передаваемые данные.
Уровень 2 - канальный - обеспечивает надежную передачу данных через физический канал, организованный на уровне 1.
Уровень 3 - сетевой - обеспечивает выбор маршрута передачи сообщений по линиям, связывающим узлы сети.
Уровни 1-3 организуют базовую сеть передачи данных как систему, обеспечивающую надежную передачу данных между абонентами сети.
Уровень 4 - транспортный - обеспечивает сопряжение абонентов сети с базовой сетью передачи данных.
Уровень 5 - сеансовый - организует сеансы связи на период взаимодействия процессов. На этом уровне по рапросам процессов создаются порты для приема и передачи сообщений и организуются соединения - логические каналы.
Уровень 6 - представительный - осуществляет трансформацию различных языков, форматов данных и кодов для взаимодействия разнотипных компьютеров.
Уровень 7 - прикладной - обеспечивает поддержку прикладных процессов пользователей. Порядок реализации связей в сети регулируется протоколами. Протокол - это набор коммутационных правил и процедур по формированию и передаче данных в сети.
Компьютерные сети. Основные характеристики. Типы сетей.
Компьютерные сети. Основные характеристики. Типы сетей.
Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) - система связи двух или более компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило - различные виды электрических сигналов или электромагнитного излучения.
Типы сетей
По размеру, охваченной территории
· Персональная сеть (PAN, Personal Area Network)
· Локальная сеть (LAN, Local Area Network)
o Объединение нескольких зданий (CAN, Campus Area Network)
· Городская сеть (MAN, Metropolitan Area Network)
· Глобальная вычислительная сеть(WAN, Wide Area Network)
· Сравнительная характеристика сетей (особенности локальных, глобальных и городских сетей)
По типу функционального взаимодействия
· Клиент-сервер
· Смешанная сеть
· Точка-точка
· Одноранговая сеть
· Многоранговые сети
По типу сетевой топологии
· Решётка
· Смешанная топология
· Полносвязная топология
По функциональному назначению
· Сети хранения данных
· Серверные фермы
· Сети управления процессом
· Сети SOHO
По сетевым ОС
· На основе Windows
· На основе UNIX
· На основе NetWare
· Смешанные
По необходимости поддержания постоянного соединения
· Пакетная сеть, например Фидонет и UUCP
· Онлайновая сеть, например Интернет и GSM
Понятие сервера. Типы серверов, используемые в компьютерных сетях
Понятие сервера. Типы серверов, используемые в компьютерных сетях
Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует их ресурсы. Таким образом, он обслуживает сеть. Серверов в сети может быть несколько, и совсем не обязательно, что сервер - самый мощный компьютер. Выделенный (dedicated) сервер - это сервер, занимающийся только сетевыми задачами. Невыделенный сервер может помимо обслуживания сети выполнять и другие задачи. Специфический тип сервера - это сетевой принтер.
Типы серверов: Telnet-серверы позволяют пользователям подключаться к главному компьютеру и работать с ним так, как будто все задачи выполняются на самом удаленном компьютере.Web-серверы позволяют предоставлять информацию через Интернет посредством языка гипертекстовой разметки (HyperText Markup Language, HTML)Шлюз (gateway) - это транслятор, который дает возможность разным сетям взаимодействовать между собой.Новостные серверы функционируют в качестве источников распространения и доставки новостей для более чем 20 ООО новостных конференций общего пользования, доступ к которым в настоящее время можно получить через пользовательскую сеть Usenet (самая крупная в сети Интернет система рассылки новостей и организации дискуссионных форумов, упорядоченная по группам новостей этой сети).Аудио- и видеосерверы создают мультимедийные возможности для Web-сайтов, позволяя пользователям слушать звуки и музыку и смотреть видеоклипы через сменные модули Web-браузеров. Почтовые серверы (такие, например, как Microsoft Exchange Server и Sendmail) управляют потоком электронных сообщений, пересылаемых между пользователями компьютерных сетей.
Топология сети. Определение топологии. Типы топологий, их характеристики
Топология сети. Определение топологии. Типы топологий, их характеристики
Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.
Шина (bus) - все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам.
Звезда (star) - к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи. Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального - одному или нескольким периферийным.
Кольцо (ring) - компьютеры последовательно объединены в кольцо. Передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении. Каждый из компьютеров передает информацию только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера.
Способы передачи информации в глобальной вычислительной сети. Протоколы TCP/IP.
Способы передачи информации в глобальной вычислительной сети. Протоколы TCP/IP.
Протокол управления передачей / Межсетевой протокол - набор протоколов, разработанный для Интернета и ставший его основой.
Передача информации по протоколу TCP/IP состоит из четырех этапов:
-1- протокол ТСР: разбиение информации на нумерованные пакеты;
-2- протокол IP: передача пакетов получателю;
-3- протокол TCP на стороне получателя: проверка комплектности полученных пакетов;
-4- протокол TCP: восстановление искомой информации.
В семейство TCP/IP входят:
- протокол Telnet;
- система доменной адресации DNS, позволяющая пользователям адресоваться к узлам сети по символьному доменному имени вместо цифрового IP-адреса;
- протокол передачи файлов FTP, который определяет механизм хранения и передачи файлов;
- протокол передачи гипертекста HTTP.
60. Internet. Основные понятия и определения. История развития.
Службы Internet.
Internet. Основные понятия и определения. История развития. Службы Internet.
ИНТЕРНЕТ (Internet - inter + net - объединение сетей) - всемирная компьютерная сеть, объединяющая миллионы компьютеров в единую информационную систему. Интернет предоставляет широчайшие возможности свободного получения и распространения научной, деловой, познавательной и развлекательной информации. Глобальная сеть связывает практически все крупные научные и правительственные организации мира, университеты и бизнес-центры, информационные агентства и издательства, образуя гигантское хранилище данных по всем отраслям человеческого знания. Виртуальные библиотеки, архивы, ленты новостей содержат огромное количество текстовой, графической, аудио и видео информации.
Международная компьютерная сеть Интернет (Internet) обязана своим рождением военному проекту, выполняемому в середине 60-х годов под руководством американского Агентства перспективных исследований Министерства обороны. Целью этого проекта было объединение внутренних (локальных) сетей ряда исследовательских лабораторий и университетов США, работающих на оборону, в единую специализированную компьютерную сеть.
1969-в сеть объединены первые четыре университетских узла Министерства обороны США.
1972-изобретена электронная почта и отправлено первое послание.
1973-сеть стала международной - подключились Норвегия и Англия.
1989-создана первая версия языка HTML (описание гипертекстовых документов) - (HyperText Markup Language).
1993-выпущен первый Web-браузер Mosaic
1994-создан браузер Netscape Navigator.
1995-браузер фирмы Microsoft - Internet Explorer
1999-называется цифра - около 150 миллионов компьютеров включенных в Сеть.
Здравствуйте, уважаемые посетители сайта сайт! Сети должны поддерживать широкий набор приложений и служб, а также работать посредством большого количества различных типов физических инфраструктур. Термин сетевая архитектура в данном контексте подразумевает как технологии, поддерживающие инфрастуктуру, так и на программные службы и протоколы, которые передают сообщения по этой архитектуре. Поскольку вообще, развиваются, мы находим четыре основных характеристики, лежащие в основе архитектур, которые необходимо реализовать, чтобы удовлетворить ожидания пользователя: , и .
Масштабируемая сеть может быстро расширяться для поддержки новых пользователей и приложений без воздействия на производительность сервиса, предоставляемого уже существующим пользователям. Тысячи новых пользователей и провайдеров служб подключаются к каждую неделю. Возможность сети поддерживать эти новые взаимосвязи зависит от многоуровневого иерархического дизайна лежащей в основе физической инфраструктуры и логической архитектуры сети. Работа каждого уровня позволяет пользователям или провайдерам служб подключаться к Интернету без нарушения функционирования целой сети. Технологические разработки постоянно увеличивают возможности передачи сообщений и производительность компонентов физической инфраструктуры на каждом уровне. Эти разработки вместе с новыми способами определения и локализации отдельных пользователей в объединенной сети позволяют развиваться в соответствии с запросами и требованиями пользователей.
Качество Сервиса (от англ. Quality of Service или QoS)
На настоящий момент предоставляет приемлемый уровень отказоустойчивости и масштабируемости для пользователей. Но новые приложения, доступные пользователям посредством объединенных сетей, создают более высокие ожидания для качества предоставляемых служб. Голосовая связь и видео передачи требуют уровень стойкого качества и непрерывной передачи, которые не требовались для традиционных компьютерных приложений. Качество этих служб измеряется в сравнении с прослушиванием/просмотром тех же аудио или видео презентаций непосредственно (не через ). Традиционные голосовые и видео сети спроектированы для поддержки одного типа передачи, и потому они способны предоставлять приемлемый уровень качества. Новые требования к поддержке этого качества сервиса в конвергированной сети меняют метод проектирования и реализации сетевых архитектур.
Развился из жестко контролируемой объединенной сети образовательных и правительственных организаций в глобально доступную сеть, ставшую средством личных и деловых коммуникаций. В результате изменились требования безопасности сети. Ожидания безопасности и секретности, связанные с использованием объединенных сетей для обмена конфеденциальной и деловой секретной информацией, превышают возможности, которые может предоставить текущая архитектура сети . Быстрое расширение в областях коммуникации, которые не обслуживались традиционными , увеличивает необходимость встраивания безопасности в сетевую архитектуру. В связи с этим прилагается очень много усилий в данной области исследований и разработок, а также реализуется множество инструментов и процедур для ликвидации неотъемлемых дыр в безопасности сетевой архитектуры.
Спасибо за внимание!.
Архитектура сети определяет основные элементы сети, характеризует ее общую логическую организацию, техническое обеспечение, программное обеспечение, описывает методы кодирования.
Архитектура также определяет принципы функционирования и интерфейс пользователя.
В данном курсе будет рассмотрено три вида архитектур:
архитектура терминал - главный компьютер;
одноранговая архитектура;
архитектура клиент - сервер.
Архитектура терминал - главный компьютер (terminal - host computer architecture) - это концепция информационной сети, в которой вся обработка данных осуществляется одним или группой главных компьютеров.
Рис. 1.3
Рассматриваемая архитектура предполагает два типа оборудования:
Главный компьютер, где осуществляется управление сетью, хранение и обработка данных.
Терминалы, предназначенные для передачи главному компьютеру команд на организацию сеансов и выполнения заданий, ввода данных для выполнения заданий и получения результатов.
Главный компьютер через мультиплексоры передачи данных (МПД) взаимодействуют с терминалами, как представлено на рис. 1.3.
Классический пример архитектуры сети с главными компьютерами - системная сетевая архитектура (System Network Architecture - SNA).
Одноранговая архитектура (peer-to-peer architecture) - это концепция информационной сети, в которой ее ресурсы рассредоточены по всем системам. Данная архитектура характеризуется тем, что в ней все системы равноправны.
К одноранговым сетям относятся малые сети, где любая рабочая станция может выполнять одновременно функции файлового сервера и рабочей станции. В одноранговых ЛВС дисковое пространство и файлы на любом компьютере могут быть общими. Чтобы ресурс стал общим, его необходимо отдать в общее пользование, используя службы удаленного доступа сетевых одноранговых операционных систем. В зависимости от того, как будет установлена защита данных, другие пользователи смогут пользоваться файлами сразу же после их создания. Одноранговые ЛВС достаточно хороши только для небольших рабочих групп.
Рис. 1.4
Одноранговые ЛВС являются наиболее легким и дешевым типом сетей для установки. Они на компьютере требуют, кроме сетевой карты и сетевого носителя, только операционной системы Windows 95 или Windows for Workgroups. При соединении компьютеров, пользователи могут предоставлять ресурсы и информацию в совместное пользование.
Одноранговые сети имеют следующие преимущества:
они легки в установке и настройке;
отдельные ПК не зависят от выделенного сервера;
пользователи в состоянии контролировать свои ресурсы;
малая стоимость и легкая эксплуатация;
минимум оборудования и программного обеспечения;
нет необходимости в администраторе;
хорошо подходят для сетей с количеством пользователей, не превышающим десяти.
Проблемой одноранговой архитектуры является ситуация, когда компьютеры отключаются от сети. В этих случаях из сети исчезают виды сервиса, которые они предоставляли. Сетевую безопасность одновременно можно применить только к одному ресурсу, и пользователь должен помнить столько паролей, сколько сетевых ресурсов. При получении доступа к разделяемому ресурсу ощущается падение производительности компьютера. Существенным недостатком одноранговых сетей является отсутствует централизованного администрирования.
Использование одноранговой архитектуры не исключает применения в той же сети также архитектуры «терминал - главный компьютер» или архитектуры «клиент - сервер».
Архитектура клиент - сервер (client-server architecture) - это концепция информационной сети, в которой основная часть ее ресурсов сосредоточена в серверах, обслуживающих своих клиентов (рис. 1.5). Рассматриваемая архитектура определяет два типа компонентов: серверы и клиенты.
Сервер - это объект, предоставляющий сервис другим объектам сети по их запросам. Сервис - это процесс обслуживания клиентов.
Рис. 1.5
Сервер работает по заданиям клиентов и управляет выполнением их заданий. После выполнения каждого задания сервер посылает полученные результаты клиенту, пославшему это задание.
Сервисная функция в архитектуре клиент - сервер описывается комплексом прикладных программ, в соответствии с которым выполняются разнообразные прикладные процессы.
Процесс, который вызывает сервисную функцию с помощью определенных операций, называется клиентом. Им может быть программа или пользователь. На рис. 1.6 приведен перечень сервисов в архитектуре клиент - сервер.
Клиенты - это рабочие станции, которые используют ресурсы сервера и предоставляют удобные интерфейсы пользователя. Интерфейсы пользователя это процедуры взаимодействия пользователя с системой или сетью.
Клиент является инициатором и использует электронную почту или другие сервисы сервера. В этом процессе клиент запрашивает вид обслуживания, устанавливает сеанс, получает нужные ему результаты и сообщает об окончании работы.
Рис. 1.6
В сетях с выделенным файловым сервером на выделенном автономном ПК устанавливается серверная сетевая операционная система. Этот ПК становится сервером. Программное обеспечение (ПО), установленное на рабочей станции, позволяет ей обмениваться данными с сервером. Наиболее распространенные сетевые операционная системы:
NetWare фирмы Novel;
Windows NT фирмы Microsoft;
UNIX фирмы AT&T;
Помимо сетевой операционной системы необходимы сетевые прикладные программы, реализующие преимущества, предоставляемые сетью.
Сети на базе серверов имеют лучшие характеристики и повышенную надежность. Сервер владеет главными ресурсами сети, к которым обращаются остальные рабочие станции.
В современной клиент - серверной архитектуре выделяется четыре группы объектов: клиенты, серверы, данные и сетевые службы. Клиенты располагаются в системах на рабочих местах пользователей. Данные в основном хранятся в серверах. Сетевые службы являются совместно используемыми серверами и данными. Кроме того службы управляют процедурами обработки данных.
Сети клиент - серверной архитектуры имеют следующие преимущества:
позволяют организовывать сети с большим количеством рабочих станций;
обеспечивают централизованное управление учетными записями пользователей, безопасностью и доступом, что упрощает сетевое администрирование;
эффективный доступ к сетевым ресурсам;
пользователю нужен один пароль для входа в сеть и для получения доступа ко всем ресурсам, на которые распространяются права пользователя.
Наряду с преимуществами сети клиент - серверной архитектуры имеют и ряд недостатков:
неисправность сервера может сделать сеть неработоспособной, как минимум потерю сетевых ресурсов;
требуют квалифицированного персонала для администрирования;
имеют более высокую стоимость сетей и сетевого оборудования.
