Архітектура мережі або мережева архітектура

 

Архітектура мережі або мережева архітектура - досить широке поняття, яке включає в себе досить багато розділів і визначень. Воно може мати відношення, як до побудови мереж, так і до їх проектування. Але найкраще його описує таке слово як Framework. У різних словниках наводиться багато різних тлумачень цього слова, але, найчастіше, воно означає «каркас, що несе або підтримуюча конструкція, яка виступає в ролі основи будь-якої побудови».

Мережева архітектура завжди лежить в основі і є фундаментом для повноцінної роботи мережі. Найчастіше, вона складається з декількох важливих складових:

• топологія локальної мережі;
• лінійно-кабельна інфраструктура;
• активне мережеве обладнання (бриджі, комутатори, маршрутизатори).

При проектуванні мережі необхідно c особливою увагою вибирати всі ці компоненти мережі для оптимізації продуктивності, спрощення управління всім устаткуванням і надання можливості подальшого зростання і розвитку мережі.

Кабельно-лінійна інфраструктура

Кабельно-лінійна інфраструктура - один з найважливіших ділянок всієї мережі. Неякісно спроектована або погано змонтована кабельна система може викликати багато проблем, значно ускладнити своєчасне усунення несправностей за рахунок чого можуть виникнути тривалі простої. У старих системах (таких як, наприклад, ранні стандарти Ethernet), що не бралася до уваги необхідність усунення можливих неполадок. Сучасні системи з топологією «зірка» набагато зручніші в плані експлуатації і управління.

При прокладці та монтажі кабелів необхідно строго дотримуватися існуючих стандартів, які описують зіркообразну топологію мережі. Ділянка, на якому кабелі з'єднують робочі області c телекомунікаційними розподільними шафами, називається розподільним. Розподільні шафи також можуть з'єднуватися між собою. Ділянка кабельної інфраструктури, що з'єднує телекомунікаційні шафи, називається магістральною.

Найчастіше, для передачі даних, застосовується мідна звита пара UTP. Існує сім категорій даного типу кабелю.

Сьогодні, найчастіше, застосовуються лише чотири категорії: 5, 5e, 6, 6a. Кабель категорії 5 являє собою 4-x парний кабель. Він застосовується в наступних типах мереж:

• 10BASE-Т;
• 100BASE-ТХ;
• 1000BASE-Т;
• в телефонних лініях.

При використанні всього 2-x пар, можна добитися швидкості передачі 100 Мбіт/c, a при використанні всіх 4-x пар - до 1000 Мбіт/c. Кабель категорії 5е найчастіше застосовується при побудові мереж через його низьку собівартість і маленького діаметру. Кабелі категорії 6 і 6а застосовуються тільки в мережах Fast Ethеrnet і Gigabit Ethеrnet.

Волоконно-оптичні мережі зараз досить широко поширені і використовуються повсюдно. Деякі оператори зв'язку стверджують, що установка оптичної лінії обходиться дешевше установки лінії побудованої на мідному кабелі UTP. Але, на жаль, все мережеве обладнання, що використовується в оптичній мережі, значно дорожче своїх аналогів, що працюють в мережах, побудованих на мідній звитій парі. Але, незважаючи на ціну, волоконно-оптична мережа має безліч переваг перед мідними кабелями. У порівнянні з витою парою вона може передавати дані на великі відстані зі значно більшою швидкістю, при цьому не вносячи в сам сигнал додаткових перешкод.

Але яке б середовище передачі даних не було б обране, потрібно не забувати про можливе зростання і розширення мережі. При створенні мережі потрібно закладати кабелі з невеликим запасом, a діаметри монтажних отворів і кабельних каналів повинні бути зроблені свідомо більше необхідного.

Це дозволить без особливих проблем і труднощів прокласти додаткові кабелі при необхідності.

Об'єднання декількох мереж.

Крім кабельно-лінійної системи, важливим і обов'язковим компонентом будь-якої мережі є активне мережеве обладнання. Бриджі, комутатори і маршрутизатори дозволяють збільшити кількість підключених пристроїв і розділяти на сегменти трафік для підвищення продуктивності. Розуміючи відмінності між пристроями, їх особливості та специфіку відповідної архітектури мережі, можна легко визначити коли і на якій саме ділянці встановлювати те чи інше обладнання.

Бриджі використовуються коли необхідно об'єднати дві або більше однотипних мереж. Дані пристрої повністю прозорі для всіх мережевих протоколів. Дві мережі, які з'єднані бриджем, фізично розділені, але логічно вони утворюють одну єдину мережу. Це означає, що правила монтажу кабелів застосовні до кожної мережі окремо, a не для всіх одночасно. Мережевими протоколами, якими з'єднані кілька мереж, розглядаються як одна єдина мережа.

Бриджі поділяють весь потік даних на сегменти: вони пропускають тільки той трафік, який адресований пристроям, що знаходяться по інший бік мосту. Так як бриджі не пропускають локальний трафік, вони дозволяють значно знизити навантаження на мережу, що складається з декількох однотипних сегментів.

Але в бриджах також є і недоліки. Один з основних недоліків полягає в тому, що вони налаштовані на передачу пакетів по широкомовному каналу. При деякому збігу обставин (несправності або помилки в ПЗ) це загрожує виникненню суцільного потоку широкомовних пакетів, який призводить до стану широкомовного шторму (Broadcast storm). Це стан, коли широкомовні пакети заповнюють всю мережу цілком і серйозно знижують її продуктивність.

Колись бриджі були найбільш популярним методом з'єднання мереж. Сьогодні ж, в результаті технічного прогресу, маршрутизатори стали значно дешевше і доступніше. Багато виробників стали випускати маршрутизатори з функціями бриджів. Цей пристрій працює для підтримуваних протоколів як маршрутизатор і як бридж для інших.

Маршрутизатор - це, найчастіше, спеціалізовані комп'ютери або ПЗ, встановлене на мережевому сервері. Вузькоспеціалізовані маршрутизатори забезпечують високу продуктивність і гнучке управління в порівнянні c програмними маршрутизаторами. Однак, ціна на останні набагато нижче і, як правило, їх продуктивності цілком вистачає для невеликих мереж.

Бриджі застосовуються для з'єднання однотипних локальних мереж, a маршрутизатори - і для однотипних, і для різнотипних. Як і бриджі, маршрутизатори так само фізично розділяють мережу, відмінність полягає лише в тому, що при застосуванні маршрутизаторів мережа розділяється і на логічному рівні. Маршрутизатор залишають поза передачею пакети по широкомовному каналу і дозволяють сегментувати весь трафік, що проходить через них.

Крім сегментації трафіку, маршрутизатори дозволяють створювати резервні канали між мережами. Резервні канали підвищують надійність мережі. Наприклад, коли один маршрутизатор відмовив, його функції бере на себе інший маршрутизатор. Багато маршрутизаторів мають також вбудований фільтр. Він фільтрує дані по заголовкам пакетів і інформації в ньому. Як і бриджі, маршрутизатори пропускають тільки той трафік, який адресований пристроям на іншій стороні. Це також дозволяє обмежити вплив трафіку з однієї мережі на іншу.

Для вирішення проблеми низької продуктивності мережі при нестачі пропускної здатності були розроблені комутатори (світчі). Однак, всупереч загальній думці, вони не є порятунком від усіх насущних проблем з низькою продуктивністю і забезпеченням безперебійного зв'язку в мережі.

Світч розділяє мережу на менші домени, в результаті чого кожен кінцевий вузол отримує більшу частку всієї сумарної пропускної спроможності. По суті, це бриджі з великою кількістю портів. Подібно бриджам, світчі направляють весь трафік з однієї мережі в іншу.

Існують світчі, які передають пакет тільки після того, як приймуть його цілком. Такі комутатори використовують вид комутації іменований «проміжна буферизація». Принцип його роботи наступний: пакет, що приймається записується в пам'ять світча, перевіряється на помилки за допомогою спеціальних алгоритмів і тільки після цього він відправляється далі по мережі до місця адресації.

Існують також світчі, що використовують наскрізний метод комутації. Даний вид комутації відрізняється від проміжної буферизації тим, що комутатор пересилає пакет даних в той момент, коли отримує адресу одержувача. Такий метод дає набагато менші затримки, якщо порівнювати з проміжною буферизацією, але зростає ризик того, що адресат прийме пошкоджений пакет.

Існують світчі гібридного типу. Цей пристрій, приймаючи пакет, спочатку перевіряє його на помилки і стежить за їх кількістю. Коли загальне число помилок перевищує певний поріг, включається буферизація, яка залишається включеною до того моменту, поки кількість помилок знову не стане допустимим. Після цього, комутатори знову починають працювати як наскрізні.

У світчей є і кілька недоліків. Подібно бриджам, вони пересилають пакети по широкомовних каналах і не забезпечують належним чином захист від стану, коли широкомовні пакети повністю заповнюють всю мережу. Крім цього, при наскрізній комутації, адресат може отримувати пошкоджений або неповний пакет даних, a при проміжній буферизації істотно знижується швидкість роботи самого пристрою.