🗊Презентация Структуризация сетей

СТРУКТУРИЗАЦИЯ СЕТЕЙ ТЕМА 2 Проф. Григорьев В.А..

Структуризация сетей Введение Малые сети с разделяемой средой передачи данных Сегментирование сети с помощью мостов и коммутаторов Иерархическая сеть здания Организация магистралей Резюме

ВВЕДЕНИЕ. В качестве основной технологии на рабочих местах считаем технологию Fast Ethernet, магистрали могут строиться на более высокоскоростных технологиях. Будут рассмотрены как фиксированные конфигурации, не предполагающие значительных расширений, так и масштабируемые, ориентированные на постепенный рост сети. Предлагаемые конфигурации ориентированы на структурированные кабельные системы.

Сегментация в локальных сетях Сегментация в сети LAN используется для изолирования потоков данных внутри сегментов и для увеличения полосы пропускания, приходящейся на одного пользователя, за счет уменьшения размеров коллизионных доменов. При отсутствии сегментации сети LAN, превосходящие размерами небольшую рабочую группу, быстро деградируют и коллизии практически полностью закрывают полосу пропускания. Сегментация в сети LAN может быть реализована с помощью мостов, коммутаторов и маршрутизаторов. Каждое из этих устройств обладает своими достоинствами и недостатками.

1. Малые сети с разделяемой средой передачи В первых реализациях 10 мбит/с Ethernet разделяемая среда представляла собой общий коаксиальный кабель, а в случае больших сетей - совокупность кабельных сегментов (не более 5), соединенных между собой повторителями. В современных реализациях на витой паре и оптоволокне к каждому узлу подходит собственный кабель, а объединяются они, как правило, в коммутаторах, установленных в коммуникационных центрах.

Данные передаются информационными пакетами – кадрами. На физическом уровне пакет представляет собой цуг импульсов, распространяющихся по кабелю, скрученной паре или оптическому волокну. За счет дисперсии, частичным отражениям от точек подключения и поглощению в среде импульсы в пакете "расплываются" и искажаются (ухудшается отношение сигнал/шум), это является одной из причин ограничения длин кабельных сегментов. Для преодоления этих ограничений вводятся сетевые повторители (repeater).

Повторитель воспринимает входные импульсы, удаляет шумовые сигналы и передает вновь сформированные пакеты в следующий кабельный сегмент или сегменты. Повторитель воспринимает входные импульсы, удаляет шумовые сигналы и передает вновь сформированные пакеты в следующий кабельный сегмент или сегменты. Никакого редактирования или анализа поступающих данных не производится. Задержка сигнала повторителем не должна превышать 7,5 тактов (750 нсек для обычного Ethernet). Повторители могут иметь коаксиальные входы/выходы, разъемы для подключения трансиверов или других аналогичных устройств, или каналы для работы со скрученными парами. Все входы/выходы повторителя с точки зрения пакетов эквивалентны. Если повторитель многовходовый, то пакет, пришедший по любому из входов, будет ретранслирован на все остальные входы/выходы повторителя.

Варианты соединения узлов разделяемого сегмента 10 Мбит/с (устаревшее решение) Сетевой принтер Концентратор

ТОПОЛОГИЯ ШИНА - ЗВЕЗДА

Мосты, коммутаторы и маршрутизаторы

При необходимости увеличения размера сети кабельные сегменты могут соединяться между собой активными устройствами-повторителями. При необходимости увеличения размера сети кабельные сегменты могут соединяться между собой активными устройствами-повторителями. Места подключения повторителей - любые разрешенные точки подключения (не обязательно концы сегментов). Максимальное количество кабельных сегментов, соединяемых в цепочку с помощью повторителей, - 5. Соединение сегментов сети типа «шина» с помощью репитера

Применение многопортовых повторителей позволяет соединять «звездой» или «деревом» и большее число кабельных сегментов, но на любом пути в этой структуре должно быть не более 5 сегментов, из них для подключения узлов может использоваться не более трех. Остальные сегменты (trunk segment) могут иметь только две точки подключения - для повторителей. Количество повторителей между любой парой узлов - не более четырех. Эти ограничения называются правилом «5-4-3»: 5 сегментов, 4 повторителя, 3 «населенных» сегмента (рис. 6).

При переходе на 100 Мбит/с с разделяемой средой ужесточаются топологические ограничения – диаметр домена коллизий ограничивается 205 м, допускается не более двух повторителей (класса II) между парой узлов, а следовательно, и во всем разделяемом сегменте. В случае необходимости объединения большого числа узлов приходится применять довольно дорогие стековые или модульные повторители. Из-за этих неудобств предпочтение отдают сегментации сетей с помощью мостов или коммутаторов. Критичные узлы (серверы, принтеры) имеет смысл подключать на скорости 100 Мбит/с, или 1 Гбит/с.

2. Сегментированные сети с применением мостов и коммутаторов Для повышения пропускной способности сети (как для каждой станции, так и совокупного пропускаемого трафика) в первую очередь применяют сегментацию - уменьшение числа узлов, входящих в домен коллизий (рис. 4). При этом теоретически возможная полоса 10 Мбит/с делится между меньшим количеством узлов, и каждому, естественно, достается большая доля. Уменьшение числа узлов ведет к значительному сокращению числа коллизий (уменьшается вероятность повторных коллизий). Сеть удается отвести от той степени загрузки, когда из-за коллизий ее производительность деградирует катастрофически. Сегментация производится с помощью мостов или коммутаторов, соединяющих сегменты сети.

Сегментация сети с помощью моста

Для блокировки размножения пакетов и нежелательных транзитов сообщений применяют сетевые мосты. Мост соединяет два сегмента сети, при инициализации он изучает списки адресов устройств, подсоединенных к каждому из сегментов. В дальнейшем мост записывает в свою память эти списки и пропускает из сегмента в сегмент лишь транзитные пакеты. Существуют мосты, которые оперируют с физическими и с IP-адресами (cм. стандарт IEEE 802.1d).

Схема сетевого моста Мост является активным устройством, которое способно адаптироваться к изменениям в окружающей сетевой среде. При этом пакеты, отправленные из сегмента А и адресованные устройству, которое подключено к этому же сегменту, никогда не попадут в сегмент Б и наоборот. Через мост проходят лишь пакета, отправленные из сети А в Б или из Б в А.

Сегментирование сети на коммутаторах

Пределом является микросегментация, когда каждый узел подключается к отдельному порту коммутатора. При этом в домене коллизий (каждом микросегменте) остается всего два узла (станция и порт коммутатора) в случае полудуплексной работы, а при полном дуплексе коллизии как таковые отсутствуют.

Микросегментация при подключении серверов

3. Иерархическая сеть здания

4. Организация магистралей Магистрали (backbone) объединяют оборудование уровня рабочих групп в сеть масштаба здания (или кампуса). Магистральная сеть должна быть по возможности устойчивой к отказам отдельных узлов и соединений. Производительность магистральной сети во многих случаях должна быть выше, чем производительность горизонтальных систем. Если на рабочие места приходит Ethernet 100 Мбит/с, то для магистральной сети уместна скорость 1000 Мбит/с. Если на рабочие места приходит Ethernet 1000 Мбит/с, то для магистральной сети уместна скорость 10 Гбит/с.

Шинная магистраль (устаревшее решение применявшееся ранее)

Кольцевая магистраль на базе коммутаторов FDDI/Ethernet

Кольцевая магистраль на базе коммутаторов FDDI/Ethernet обычно основана на технологии FDDI: магистральные коммутаторы имеют порты FDDI (ОАЗ.для двойного кольца) и Ethernet для подключения абонентов (рис. 12.7). Серверы могут включаться и непосредственно в магистраль FDDI, хотя это довольно дорого. Кольцевые магистрали строят и в Token Ring, соединяя концентраторы портами RI/RO, однако невысокая пропускная способность (16 Мбит/с) делает эту магистраль малопривлекательной. Кольцевая магистраль тоже является разделяемой средой передачи, а реальные перспективы повышения пропускной способности (выше 100 Мбит/с) в настоящее время позволяют использовать эту технологию.

Опорная сеть FDDI

Звездообразная магистраль

Сетевая архитектура сети

Звездообразная магистраль естественна для современных технологий на 10/100/1000 Мбит/с. Оборудование этажных распределителей соединяется с концентратором (повторителем или коммутатором) здания, коммутаторы зданий соединяются с коммутатором кампуса, образуя иерархическую древовидную структуру ( смотр. рис.). По мере роста сети пропускную способность магистралей можно увеличивать заменой центрального обо­рудования: повторители заменять на коммутаторы, переходить с 10 на 100 или 1000 Мбит/с.

При необходимости на отдельных направлениях можно запараллеливать линии (Port Trunking), если это позволяют коммутаторы. В чисто звездообразной магистрали избыточных связей нет, поэтому проблем с петлевыми соединениями в повторителях и коммутаторах не возникает. При необходимости можно применять резервирование отдельных связей (Resilient Link, LinkSafe).

Резюме Резюме Физическая схема структуры локальной сети называется топологией. Шинная топология представляет собой топологию, в которой все устройства локальной сети подключаются к линейной сетевой среде передачи данных. Типичная шинная топология имеет простую структуру кабельной системы с короткими отрезками кабелей. В локальных сетях, использующих топологию "звезда", отрезки сетевого кабеля соединяют центральный концентратор (лучше коммутатор) с каждым устройством, подключенным к сети. Максимально допустимая длина отрезка кабеля в сети с топологией "звезда" составляет 100 метров. Топология "звезда" может расширяться путем использования межсетевых устройств, которые предотвращают ослабление сигнала.