캠퍼스 유선 네트워크 설계 옵션

LAN은 단일 층이나 건물에 분산된 최종 사용자와 장치에 네트워크 통신 서비스와 리소스에 대한 액세스를 제공하는 네트워킹 인프라입니다. 좁은 지역에 분산된 여러 LAN 그룹을 상호 연결하여 캠퍼스 네트워크를 구축할 수 있습니다. 캠퍼스 네트워크 설계 개념은 단일 LAN 스위치를 사용하는 소규모 네트워크부터 수천 개의 연결을 사용하는 대규모 네트워크까지 포괄합니다.

캠퍼스 유선 LAN은 건물 또는 건물 그룹 내 장치 간 통신을 가능하게 하며, 네트워크 코어에서 WAN 및 인터넷 에지와의 상호 연결을 가능하게 합니다.

캠퍼스 유선 네트워크 설계 옵션
계층적 설계 모델

캠퍼스 유선 LAN은 계층적 설계 모델을 사용하여 설계를 모듈식 그룹 또는 계층으로 나눕니다. 설계를 계층으로 나누면 각 계층이 특정 기능을 구현할 수 있어 네트워크 설계가 간소화되고, 결과적으로 네트워크 구축 및 관리가 간소화됩니다.

네트워크 설계의 모듈성을 통해 네트워크 전체에 복제 가능한 설계 요소를 만들 수 있습니다. 복제는 네트워크를 쉽게 확장할 수 있을 뿐만 아니라 일관된 배포 방식을 제공합니다.

플랫 또는 메시형 네트워크 아키텍처에서는 변경 사항이 다수의 시스템에 영향을 미치는 경향이 있습니다. 계층적 설계는 운영 변경 사항을 네트워크의 일부로 제한하여 관리가 용이하고 복원력도 향상됩니다. 네트워크를 작고 이해하기 쉬운 요소로 모듈화하면 장애 격리가 향상되어 복원력이 향상됩니다.

계층적 LAN 설계
다음 세 개의 레이어가 포함됩니다.
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액세스 레이어

엔드포인트를 제공합니다
사용자가 직접 액세스
네트워크

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분배층

액세스 계층을 집계합니다
그리고 연결성을 제공합니다
서비스

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코어 레이어

연결성을 제공합니다
대규모 LAN을 위한 배포 계층
환경

그림 1. LAN 계층적 설계

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그림 2. 모듈형 디자인을 사용한 확장성

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액세스, 분산, 코어의 각 계층은 네트워크에 서로 다른 기능과 성능을 제공합니다. 배포 사이트의 특성에 따라 세 계층 중 하나, 둘 또는 모두가 필요할 수 있습니다.

예를 들어, 단일 건물만 있는 부지는 접근 및 분배 계층만 필요할 수 있지만, 여러 건물로 구성된 캠퍼스에는 세 가지 계층이 모두 필요할 가능성이 높습니다.

한 위치에 얼마나 많은 계층이 구현되었는지에 관계없이 이 설계의 모듈성 덕분에 각 계층이 동일한 서비스를 제공하고, 이 아키텍처에서는 동일한 설계 방법을 사용할 수 있습니다.

액세스 계층

액세스 계층은 사용자가 제어하는 ​​장치, 사용자가 접근 가능한 장치, 그리고 기타 엔드포인트 장치가 네트워크에 연결되는 곳입니다. 액세스 계층은 유선 및 무선 연결을 모두 제공하며, 전체 네트워크의 보안과 복원력을 보장하는 기능과 서비스를 포함합니다.

그림 3. 액세스 계층 연결

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장치 연결 —액세스 계층은 고대역폭 장치 연결을 제공합니다. 네트워크가 최종 사용자의 일상 업무에 투명하게 활용될 수 있도록, 액세스 계층은 사용자가 대용량 이메일을 전송하거나 내부 웹 페이지에서 파일을 여는 등 일상적인 작업을 수행할 때 발생하는 고대역폭 트래픽을 지원해야 합니다. 개인용 컴퓨터, IP 전화, 무선 AP, IP 비디오 감시 카메라 등 다양한 유형의 최종 사용자 장치가 액세스 계층에 연결되므로, 액세스 계층은 다양한 논리적 네트워크를 지원하여 성능, 관리 및 보안 측면에서 이점을 제공할 수 있습니다.

복원력 및 보안 서비스 —액세스 계층 설계는 필요한 모든 사용자가 언제든지 네트워크를 사용할 수 있도록 보장해야 합니다. 네트워크와 클라이언트 장치를 연결하는 연결 지점인 액세스 계층은 인적 오류와 악의적인 공격으로부터 네트워크를 보호해야 합니다. 이러한 보호에는 사용자가 승인된 서비스에만 접근할 수 있도록 보장하고, 최종 사용자 장치가 네트워크의 다른 장치의 역할을 대신 수행하지 못하도록 방지하며, 가능한 경우 각 최종 사용자 장치가 네트워크에 접근할 수 있는지 확인하는 것이 포함됩니다.

첨단 기술 역량 —액세스 계층은 음성 및 비디오와 같은 고급 기술을 지원하는 일련의 네트워크 서비스를 제공합니다. 액세스 계층은 고급 기술을 사용하는 장치에 특화된 액세스를 제공하여 이러한 장치의 트래픽이 다른 장치의 트래픽에 의해 방해받지 않도록 하고, 네트워크의 여러 장치에 필요한 트래픽의 효율적인 전달을 보장해야 합니다.

액세스 계층 플랫폼

캠퍼스 유선 LAN에 대한 권장 옵션에는 액세스 계층 플랫폼으로 다음과 같은 Cisco 스위치가 포함됩니다.

유통층

분배 계층은 여러 중요한 서비스를 지원합니다. 서로 다른 액세스 계층 장치 간이든, 액세스 계층 장치에서 WAN으로든 LAN 종단 간 연결이 필요한 네트워크에서 분배 계층은 이러한 연결을 원활하게 합니다.

 

확장성 —액세스 계층 장치가 두 개 또는 세 개 이상인 사이트에서는 모든 액세스 스위치를 상호 연결하는 것이 비현실적입니다. 분배 계층은 여러 액세스 계층 스위치의 집계 지점 역할을 합니다. 분배 계층은 네트워크 효율성을 높이고, 메모리 사용량을 줄이며, 장애 또는 네트워크 변경 사항을 구분하는 장애 도메인을 생성하고, 네트워크의 다른 곳에 있는 장치의 리소스를 처리함으로써 운영 비용을 절감할 수 있습니다. 또한, 분배 계층은 장애를 더 작은 도메인으로 분산시켜 네트워크 가용성을 높입니다.

 

복잡성을 줄이고 회복력을 높이세요 캠퍼스 유선 LAN은 단순화된 분배 계층을 사용할 수 있습니다. 이 경우 분배 계층 노드는 물리적으로 분리된 한 쌍의 스위치가 하나의 장치로 작동하거나, 스위치의 물리적 스택이 하나의 장치로 작동하여 구현될 수 있는 단일 논리적 개체로 구성됩니다. 전원 공급 장치, 슈퍼바이저, 모듈과 같은 물리적으로 중복된 구성 요소와 중복된 논리적 제어 평면으로의 상태 저장 전환을 통해 복원력이 제공됩니다.

이 접근 방식은 필요한 프로토콜 수가 적기 때문에 분산 계층 구성 및 운영의 복잡성을 줄여줍니다. 장애 또는 중단 발생 시 거의 또는 1초 미만의 빠른 수렴을 제공하는 데 필요한 튜닝은 거의 또는 전혀 필요하지 않습니다.

2단 디자인

분배 계층은 네트워크 기반 서비스, WAN 및 인터넷 에지에 대한 연결을 제공합니다. 네트워크 기반 서비스에는 광역 애플리케이션 서비스(WAAS) 및 WLAN 컨트롤러가 포함될 수 있으며, 이에 국한되지는 않습니다. LAN의 규모에 따라 이러한 서비스와 WAN 및 인터넷 에지에 대한 상호 연결은 LAN 액세스 계층 연결을 통합하는 분배 계층 스위치에 상주할 수 있습니다. 이는 분배 계층이 모든 장치의 3계층 통합 계층 역할을 하기 때문에 축소형 코어 설계라고도 합니다.

그림 4. XNUMX계층 설계: 붕괴된 코어로 기능하는 분배층

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3단 디자인

대규모 LAN 설계에서는 액세스 계층 장치와 연결을 공유하는 대신, 네트워크 기반 서비스를 위한 전용 분배 계층이 필요합니다. WAN 라우터, WAAS 컨트롤러, 인터넷 에지 장치 및 WLAN 컨트롤러의 밀도가 증가함에 따라 단일 분배 계층 스위치에 연결하는 기능을 관리하기가 어려워집니다. 여러 분배 계층 모듈을 사용하는 LAN 설계에는 다음과 같은 여러 요인이 영향을 미칩니다.

캠퍼스 유선 네트워크 설계 옵션

분배 계층 플랫폼이 제공할 수 있는 포트 수와 포트 대역폭은 네트워크 성능과 처리량에 영향을 미칩니다.

모든 LAN 및 네트워크 기반 서비스가 단일 플랫폼에 의존하는 경우 해당 플랫폼의 설계와 관계없이 네트워크 복원력은 중요한 요소이며, 단일 장애 지점이나 허용할 수 없을 정도로 큰 장애 도메인을 나타낼 수 있습니다.

변경 관리 및 빈도는 복원력에 영향을 미칩니다. 모든 LAN, WAN 및 기타 네트워크 서비스가 단일 분산 계층에 통합되면 운영 또는 구성 오류가 모든 네트워크 운영에 영향을 미칠 수 있습니다.

대규모 캠퍼스 시설 내 여러 건물에 LAN 접속 스위치가 지리적으로 분산되어 있으면 단일 붕괴된 코어로 다시 연결되는 광섬유 상호 연결이 더 필요합니다.

액세스 계층과 마찬가지로 배포 계층도 애플리케이션 흐름에 대한 서비스 품질(QoS)을 제공하여 중요 애플리케이션과 멀티미디어 애플리케이션이 설계대로 수행되도록 보장합니다.

배포 계층 플랫폼

캠퍼스 유선 LAN의 분배 계층을 구축하는 데 권장되는 Cisco 스위치는 다음과 같습니다.

코어 레이어

대규모 LAN 환경에서는 여러 개의 분배 계층 스위치가 필요한 경우가 많습니다. 그 이유 중 하나는 액세스 계층 스위치가 지리적으로 분산된 여러 건물에 위치할 경우, 각 건물에 분배 계층 스위치를 배치하면 건물 간 광섬유 배선에 드는 비용을 절감할 수 있기 때문입니다. 네트워크가 단일 위치에 세 개의 분배 계층 이상으로 확장되면, 조직은 코어 계층을 사용하여 설계를 최적화해야 합니다.

여러 개의 분배 계층 스위치를 사용하는 또 다른 이유는 단일 분배 계층에 연결되는 액세스 계층 스위치의 수가 네트워크 설계자의 성능 목표를 초과하는 경우입니다. 모듈식이고 확장 가능한 설계에서는 데이터 센터, WAN 연결 또는 인터넷 에지 서비스를 위해 분배 계층을 함께 배치할 수 있습니다.

여러 개의 분배 계층 스위치가 가까이에 존재하고 광섬유를 통해 고대역폭 상호 연결 기능이 제공되는 환경에서는 다음 두 그림에서 볼 수 있듯이 코어 계층은 네트워크 복잡성을 N * (N-1)에서 N개의 분배에 대한 N개의 링크로 줄입니다.

그림 6. 코어 계층을 갖춘 LAN 토폴로지

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그림 7. 코어 계층이 없는 LAN 토폴로지

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LAN의 코어 계층은 확장 가능한 네트워크의 핵심 부분이면서도 설계상 가장 단순한 계층 중 하나입니다. 분배 계층은 장애 및 제어 도메인을 제공하고, 코어 계층은 두 도메인 간의 24x7x365 무중단 연결을 담당합니다. 이는 비즈니스 운영을 위해 리소스와의 연결이 필수적인 현대 비즈니스 환경에서 기업이 반드시 갖춰야 하는 필수 요소입니다. 코어 계층과의 연결은 레이어 3으로만 이루어지므로 복원력과 안정성이 더욱 향상됩니다.

코어 레이어 플랫폼

캠퍼스 코어 계층 플랫폼으로 사용되는 권장 Cisco 스위치는 다음과 같습니다.

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Supervisor 7700E가 탑재된 Cisco Nexus 2 시리즈 스위치

 

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Cisco Catalyst 6807 Supervisor Engine 6500T가 탑재된 Cisco Catalyst 6-XL 스위치

플랫폼 선택의 주요 차이점은 용량, 밀도, 그리고 기능입니다. 두 주요 플랫폼 모두 기존 네트워크 또는 주요 플랫폼의 모든 기능이 필요하지 않은 네트워크에서 핵심적인 역할을 수행하는 데 적합할 수 있는 형제 플랫폼을 보유하고 있습니다.

캠퍼스 유선 네트워크 설계 옵션

캠퍼스 LAN의 단일 스위치에서 3계층 캠퍼스 네트워크로 확장할 때, 네트워크 안정성은 점점 더 중요해집니다. 네트워크 다운타임은 더 큰 규모의 사용자 수와 더 큰 규모의 작업 공간, 그리고 경제적 중요성에 영향을 미칠 가능성이 높기 때문입니다. 네트워크 리소스 부족에 대한 우려를 완화하기 위해 캠퍼스 설계에는 이중화 링크, 스위치, 스위치 구성 요소와 같은 추가적인 복원력 옵션이 포함됩니다. 기존의 다계층 캠퍼스 설계에서는 복원력 향상을 위해 구성 복잡성이 발생하며, 대부분의 복잡성은 캠퍼스 LAN의 액세스 계층과 애그리게이션 계층의 상호 작용에서 발생합니다.

분배 계층의 주요 기능은 특정 건물이나 캠퍼스 내 액세스 계층 스위치를 통합하는 것입니다. 분배 계층은 액세스 계층의 2계층 도메인과 나머지 네트워크로의 경로를 제공하는 3계층 도메인 사이의 경계를 제공합니다. 이 경계는 LAN에 두 가지 주요 기능을 제공합니다. 2계층 측면에서 분배 계층은 스패닝 트리 프로토콜(STP) 경계를 생성하여 2계층 장애의 전파를 제한합니다. 3계층 측면에서 분배 계층은 IP 라우팅 정보가 네트워크에 들어올 때 요약하는 논리적 지점을 제공합니다. 요약을 통해 IP 경로 테이블이 줄어들어 문제 해결이 용이해지고, 프로토콜 오버헤드가 줄어들어 장애 복구 속도가 빨라집니다.

기존 다층 캠퍼스 분산 계층 설계

기존 LAN 설계는 액세스 계층에서 분배 계층까지 2계층(3계층 경계)으로 구성된 다계층 방식을 사용합니다. 액세스 계층에서 분배 계층까지의 연결은 루프 없는 설계 또는 루프가 있는 설계를 초래할 수 있습니다.

기존 네트워크 설계에서는 분산 계층에 복원력을 위해 두 개의 독립형 스위치가 있습니다. STP가 차단해야 하고 LAN에서 흔히 발생하는 장애 지점인 토폴로지 루프를 줄이거나 제거하기 위해 계층 2 가상 LAN(VLAN)을 단일 배선실 또는 액세스 업링크 쌍으로 제한하는 것이 좋습니다. VLAN을 단일 스위치로 제한하면 루프 없는 설계가 가능하지만 네트워크 유연성이 제한됩니다.

기존 설계에서 VLAN에 대한 복원력 있는 IP 게이트웨이를 구축하려면 호스트에 VLAN에 대한 일관된 MAC 주소와 게이트웨이 IP를 제공하는 First-Hop Redundancy Protocols를 사용해야 합니다. HSRP(Hot Standby Routing Protocol)와 VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol)는 가장 일반적인 게이트웨이 중복 프로토콜이지만, 호스트가 액세스 업링크 중 하나를 통해서만 분산 계층으로 데이터를 전송할 수 있도록 허용하며, VLAN을 여러 업링크에 분산하려면 각 집계 스위치에 대한 추가 구성이 필요합니다. GLBP(Gateway Load Balancing Protocol)는 호스트의 부하를 여러 업링크에 분산하여 액세스 계층에서 나가는 트래픽의 업링크 활용도를 높이지만, 루프가 없는 토폴로지에서만 사용할 수 있습니다.

이러한 모든 중복 프로토콜은 1초 미만의 네트워크 컨버전스를 허용하기 위해 기본 타이머 설정을 미세 조정해야 하며, 이는 스위치 CPU 리소스에 영향을 미칠 수 있습니다.

일부 조직에서는 애플리케이션이나 서비스를 수용하기 위해 동일한 2계층 VLAN을 여러 액세스 계층 클로짓으로 확장해야 합니다. 루프형 설계는 스패닝 트리가 링크를 차단하여 나머지 네트워크의 대역폭을 감소시키고 네트워크 컨버전스 속도를 저하시킬 수 있습니다. 이러한 비효율성과 잘못된 구성 가능성 증가로 인해 네트워크 엔지니어는 더 매력적인 대안을 모색하게 됩니다.

그림 8. 액세스 스위치당 VLAN을 사용하는 기존 루프 없는 설계

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그림 9. 액세스 스위치에 걸쳐 VLAN을 사용하는 기존 루프형 설계

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배포 설계를 위한 라우팅된 액세스 계층

액세스 및 분배 계층 설계에 대한 또 다른 접근 방식으로, 3계층을 액세스 계층까지 사용할 수 있습니다. 이 설계의 이점은 IP 게이트웨이가 액세스 스위치 역할을 하므로 스패닝 트리 루프를 제거하고 프로토콜을 줄일 수 있다는 것입니다. 스패닝 트리 차단 링크가 없으므로 액세스 계층으로 가는 두 개의 업링크를 모두 사용하고 사용자가 사용할 수 있는 유효 대역폭을 늘릴 수 있습니다.

라우팅된 액세스 계층 설계의 과제는 계층 2 도메인이 단일 액세스 클로젯으로 제한된다는 점입니다. 이로 인해 여러 액세스 클로젯에 걸쳐 확장되는 계층 2 연결이 필요한 애플리케이션의 유연성이 제한됩니다.

캠퍼스 패브릭 디자인

캠퍼스 패브릭 기능을 레이어 2 액세스 네트워크에 추가하면 라우팅 액세스 레이어 설계의 레이어 3 한계를 극복할 수 있습니다. 캠퍼스 패브릭 설계는 물리적 네트워크(언더레이 네트워크)에서 실행되는 가상 네트워크(오버레이 네트워크)를 활용하여 장치를 연결하는 대체 토폴로지를 생성할 수 있도록 합니다. 네트워크 가상화 외에도, 캠퍼스 패브릭은 Cisco TrustSec 기술과 통합된 사용자 ID 및 그룹 멤버십을 기반으로 소프트웨어 정의 세분화 및 정책 시행을 지원합니다. 자세한 내용은 cisco.com을 방문하여 "Campus Fabric"을 검색하십시오.

단순화된 분배 계층 설계

레이어 2 액세스 요구 사항을 처리하고 기존 다계층 캠퍼스의 복잡성을 피할 수 있는 대안을 단순화된 분산 계층 설계라고 합니다. 이 설계는 스위치 스택이나 VSS와 같이 단일 논리적 스위치 역할을 하는 여러 개의 물리적 스위치 또는 덜 선호되는 단일 고중복성 물리적 스위치를 사용합니다. 이 설계의 한 가지 장점은 스패닝 트리 종속성이 최소화되고 액세스 계층에서 분산 계층까지의 모든 업링크가 활성화되어 트래픽을 전달한다는 것입니다. 분산 VLAN 설계에서도 루프 토폴로지로 인해 스패닝 트리가 차단된 링크를 제거할 수 있습니다. 듀얼 홈 업링크를 통해 액세스 계층에 EtherChannel을 사용하여 스패닝 트리에 대한 의존성을 줄일 수 있습니다. 이는 이 설계의 핵심 특징이며, 필요한 경우 추가 대역폭을 위해 최대 XNUMX개의 링크까지 로드 밸런싱할 수 있습니다. 동시에, EtherChannel의 여러 링크는 단일 독립 링크보다 더 나은 성능 특성을 제공합니다.

그림 10. 액세스 스위치당 VLAN을 사용한 단순화된 분산 설계

캠퍼스 유선 네트워크 설계 옵션

그림 11. 액세스 스위치에 걸쳐 VLAN을 사용한 단순화된 분산 설계

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EtherChannel은 제어 플레인 프로토콜을 사용하여 번들의 물리적 구성원을 관리할 수 있는 논리적 인터페이스입니다. 채널 프로토콜은 채널에 포함되도록 프로그래밍된 인터페이스의 일관성 검사를 수행하고 일관되지 않은 구성으로부터 시스템을 보호하기 때문에 강제 실행 모드 대신 채널 프로토콜을 실행하는 것이 더 좋습니다. Cisco Catalyst 스위치는 널리 배포된 Cisco 설계 프로토콜인 포트 집계 프로토콜(PAgP)과 IEEE 802.3ad 기반 링크 집계 프로토콜(LACP)을 모두 제공합니다.

단순화된 분산 계층 설계에는 여러 가지 장점이 있습니다. 기본 IP 게이트웨이가 단일 논리 인터페이스에 위치하고 분산 계층 스위치가 복원력을 제공하므로 HSRP, VRRP, GLBP와 같은 IP 게이트웨이 이중화 프로토콜이 더 이상 필요하지 않습니다. 또한, 장애 발생 시 스패닝 트리에 의존하지 않으므로 네트워크 수렴 속도가 빨라집니다. EtherChannel이 업링크 번들 내 링크 간에 1초 미만의 빠른 장애 복구를 제공하기 때문입니다.

분배 계층에서 액세스 계층까지의 네트워크 토폴로지는 논리적으로 허브 앤 스포크 토폴로지이므로 설계 및 문제 해결의 복잡성이 줄어듭니다. 허브 앤 스포크 토폴로지 설계는 액세스 계층의 특정 VLAN으로 IP 멀티캐스트 패킷을 전달하는 단일 논리적 지정 라우터를 제공하므로 분배 계층의 IP 멀티캐스트 운영 효율이 향상됩니다.

마지막으로, 단일 논리적 배포 계층 설계를 사용하면 관리해야 할 상자가 줄어들어 지속적인 프로비저닝과 유지 관리에 소요되는 시간이 줄어듭니다.

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배포 및 네트워크에 대한 세부적인 솔루션이 필요한 경우 다음을 수행할 수 있습니다.

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