Možnosti návrhu káblovej siete v areáli univerzity

LAN je sieťová infraštruktúra, ktorá poskytuje prístup k sieťovým komunikačným službám a zdrojom pre koncových používateľov a zariadenia rozmiestnené na jednom poschodí alebo v budove. Kampusovú sieť vytvoríte prepojením skupiny lokálnych sietí, ktoré sú rozmiestnené na malej geografickej oblasti. Koncepty návrhu kampusovej siete zahŕňajú malé siete, ktoré používajú jeden lokálny prepínač, až po veľmi rozsiahle siete s tisíckami pripojení.

Káblová sieť LAN v areáli umožňuje komunikáciu medzi zariadeniami v budove alebo skupine budov, ako aj prepojenie s WAN a internetovým edge v jadre siete.

Možnosti návrhu káblovej siete v areáli univerzity

Hierarchický model návrhu

Káblová sieť LAN v areáli univerzity využíva hierarchický model návrhu na rozdelenie návrhu do modulárnych skupín alebo vrstiev. Rozdelenie návrhu do vrstiev umožňuje každej vrstve implementovať špecifické funkcie, čo zjednodušuje návrh siete, a tým aj nasadenie a správu siete.

Modularita v návrhu siete umožňuje vytvárať prvky návrhu, ktoré je možné replikovať v celej sieti. Replikácia poskytuje jednoduchý spôsob škálovania siete, ako aj konzistentnú metódu nasadenia.

V plochých alebo sieťových architektúrach sietí majú zmeny tendenciu ovplyvňovať veľký počet systémov. Hierarchický návrh pomáha obmedziť prevádzkové zmeny na podmnožinu siete, čo uľahčuje jej správu a zároveň zlepšuje odolnosť. Modulárne štruktúrovanie siete do malých, ľahko pochopiteľných prvkov tiež uľahčuje odolnosť prostredníctvom lepšej izolácie porúch.

Hierarchický návrh LAN
zahŕňa nasledujúce tri vrstvy:

Prístupová vrstva

Poskytuje koncové body a
priamy prístup používateľov k
sieť

Distribučná vrstva

Agreguje vrstvy prístupu
a poskytuje pripojenie k
služby

Jadrová vrstva

Poskytuje prepojenie medzi
distribučné vrstvy pre rozsiahle LAN
prostredie

Obrázok 1. Hierarchický návrh LAN

Obrázok 2. Škálovateľnosť pomocou modulárneho dizajnu

Každá vrstva – prístupová, distribučná a jadrová – poskytuje sieti rôzne funkcie a možnosti. V závislosti od charakteristík miesta nasadenia môžete potrebovať jednu, dve alebo všetky tri vrstvy.

Napríklad lokalita, ktorá zaberá jednu budovu, môže vyžadovať iba prístupovú a distribučnú vrstvu, zatiaľ čo kampus s viacerými budovami bude s najväčšou pravdepodobnosťou vyžadovať všetky tri vrstvy.

Bez ohľadu na to, koľko vrstiev je implementovaných na danom mieste, modularita tohto návrhu zabezpečuje, že každá vrstva bude poskytovať rovnaké služby a v tejto architektúre bude používať rovnaké metódy návrhu.

Prístupová vrstva

Prístupová vrstva je miesto, kde sú k sieti pripojené zariadenia ovládané používateľom, zariadenia prístupné používateľom a ďalšie koncové zariadenia. Prístupová vrstva poskytuje káblové aj bezdrôtové pripojenie a obsahuje funkcie a služby, ktoré zaisťujú bezpečnosť a odolnosť celej siete.

Obrázok 3. Pripojenie prístupovej vrstvy

Konektivita zariadenia —Prístupová vrstva poskytuje pripojenie zariadení s vysokou šírkou pásma. Aby sa sieť stala transparentnou súčasťou každodennej práce koncového používateľa, musí prístupová vrstva podporovať záblesky vysokorýchlostnej prevádzky, keď používatelia vykonávajú rutinné úlohy, ako je odosielanie veľkých e-mailov alebo otváranie súboru z internej webovej stránky. Keďže sa na prístupovej vrstve pripája mnoho typov zariadení koncových používateľov – osobné počítače, IP telefóny, bezdrôtové prístupové body a IP kamery na sledovanie videa – prístupová vrstva môže podporovať mnoho logických sietí, čo prináša výhody pre výkon, správu a bezpečnosť.

Odolnosť a bezpečnostné služby —Návrh prístupovej vrstvy musí zabezpečiť, aby bola sieť dostupná pre všetkých používateľov, ktorí ju potrebujú, kedykoľvek ju potrebujú. Ako bod spojenia medzi sieťou a klientskymi zariadeniami musí prístupová vrstva pomáhať chrániť sieť pred ľudskými chybami a pred škodlivými útokmi. Táto ochrana zahŕňa zabezpečenie toho, aby používatelia mali prístup iba k autorizovaným službám, zabránenie koncovým zariadeniam v prevzatí úlohy iných zariadení v sieti a, ak je to možné, overenie, či je každé zariadenie koncového používateľa povolené v sieti.

Pokročilé technologické možnosti —Prístupová vrstva poskytuje súbor sieťových služieb, ktoré podporujú pokročilé technológie, ako je hlas a video. Prístupová vrstva musí poskytovať špecializovaný prístup pre zariadenia používajúce pokročilé technológie, aby sa zabezpečilo, že prevádzka z týchto zariadení nebude rušená prevádzkou z iných zariadení, a tiež aby sa zabezpečilo efektívne doručovanie prevádzky, ktorú potrebujú mnohé zariadenia v sieti.

Platformy prístupovej vrstvy

Medzi preferované možnosti pre káblovú LAN sieť v areáli univerzity patria nasledujúce prepínače Cisco ako platformy prístupovej vrstvy:

Cisco katalyzátor
Prepínače série 3850

Cisco katalyzátor
Prepínače série 3650

Cisco katalyzátor
Prepínače série 4500E

Cisco Catalyst 2960-X a
Prepínače série 2960-XR

Distribučná vrstva

Distribučná vrstva podporuje mnoho dôležitých služieb. V sieti, kde je potrebné prepojiť celý LAN, či už medzi rôznymi zariadeniami prístupovej vrstvy alebo zo zariadenia prístupovej vrstvy do siete WAN, distribučná vrstva túto prepojenosť uľahčuje.

škálovateľnosť —Na akomkoľvek mieste s viac ako dvoma alebo tromi zariadeniami prístupovej vrstvy je nepraktické prepojiť všetky prístupové prepínače. Distribučná vrstva slúži ako agregačný bod pre viacero prepínačov prístupovej vrstvy. Distribučná vrstva môže znížiť prevádzkové náklady tým, že zefektívni sieť, vyžaduje menej pamäte, vytvára domény chýb, ktoré rozdeľujú poruchy alebo zmeny v sieti, a spracováva zdroje pre zariadenia inde v sieti. Distribučná vrstva tiež zvyšuje dostupnosť siete tým, že poruchy presúva do menších domén.

Znížte zložitosť a zvýšte odolnosť —Káblová sieť LAN v areáli univerzity má možnosť použiť zjednodušenú distribučnú vrstvu, v ktorej uzol distribučnej vrstvy pozostáva z jednej logickej entity, ktorú je možné implementovať pomocou dvojice fyzicky oddelených prepínačov fungujúcich ako jedno zariadenie alebo pomocou fyzického stohu prepínačov fungujúcich ako jedno zariadenie. Odolnosť zabezpečujú fyzicky redundantné komponenty, ako sú napájacie zdroje, dozorovacie zariadenia a moduly, ako aj stavové prepínanie na redundantné logické riadiace roviny.

Tento prístup znižuje zložitosť konfigurácie a prevádzky distribučnej vrstvy, pretože je potrebných menej protokolov. Na zabezpečenie konvergencie v čase takmer sekundy alebo menej ako sekundy okolo porúch alebo prerušení je potrebné len malé alebo žiadne ladenie.

Dvojvrstvový dizajn

Distribučná vrstva poskytuje pripojenie k sieťovým službám, k sieti WAN a k okraju internetu. Sieťové služby môžu zahŕňať okrem iného aj služby WAAS (Wide Area Application Services) a radiče WLAN. V závislosti od veľkosti siete LAN sa tieto služby a prepojenie s okrajom siete WAN a internetu môžu nachádzať na prepínači distribučnej vrstvy, ktorý tiež agreguje pripojenie prístupovej vrstvy siete LAN. Toto sa tiež označuje ako návrh so zbaleným jadrom, pretože distribúcia slúži ako agregačná vrstva 3. vrstvy pre všetky zariadenia.

Obrázok 4. Dvojvrstvový návrh: Distribučná vrstva fungujúca ako zbalené jadro

Trojvrstvový dizajn

Väčšie návrhy LAN sietí vyžadujú vyhradenú distribučnú vrstvu pre sieťové služby namiesto zdieľania pripojenia so zariadeniami prístupovej vrstvy. S rastúcou hustotou smerovačov WAN, ovládačov WAAS, zariadení na okraji internetu a ovládačov WLAN sa stáva ťažké riadiť možnosť pripojenia k jednému prepínaču distribučnej vrstvy. Existuje niekoľko faktorov, ktoré ovplyvňujú návrh LAN sietí s viacerými modulmi distribučnej vrstvy:

Počet portov a šírka pásma portov, ktoré môže platforma distribučnej vrstvy poskytnúť, ovplyvňuje výkon a priepustnosť siete.

Odolnosť siete je faktorom, keď všetky LAN a sieťové služby závisia od jednej platformy, bez ohľadu na jej dizajn môže predstavovať jediný bod zlyhania alebo neprijateľne veľkú doménu zlyhania.

Riadenie zmien a frekvencia ovplyvňujú odolnosť. Keď sú všetky siete LAN, WAN a ďalšie sieťové služby konsolidované na jednej distribučnej vrstve, prevádzkové alebo konfiguračné chyby môžu ovplyvniť celú prevádzku siete.

Geografické rozptýlenie prepínačov prístupu k lokálnej sieti (LAN) v mnohých budovách vo väčšom areáli by si vyžadovalo viac optických prepojení späť do jedného zrúteného jadra.

Podobne ako prístupová vrstva, aj distribučná vrstva poskytuje kvalitu služieb (QoS) pre aplikačné toky, aby sa zaručilo, že kritické aplikácie a multimediálne aplikácie budú fungovať podľa návrhu.

Platformy distribučnej vrstvy

Medzi preferované prepínače Cisco na nasadenie distribučnej vrstvy káblovej siete LAN v areáli kampusu patria:

1 Prepínače radu Cisco Catalyst 3850

2 Prepínače Cisco Catalyst radu 6807-XL
s motorom Supervisor 6T

3 Prepínače Cisco Catalyst radu 6880-X

4 Prepínače Cisco Catalyst radu 4500-X

5 Prepínače Cisco Catalyst radu 4500E

Základná vrstva

Vo veľkom prostredí lokálnych sietí (LAN) často vzniká potreba mať viacero prepínačov distribučnej vrstvy. Jedným z dôvodov je, že keď sú prepínače prístupovej vrstvy umiestnené vo viacerých geograficky rozptýlených budovách, môžete ušetriť potenciálne nákladné optické vlákna medzi budovami umiestnením prepínača distribučnej vrstvy v každej z týchto budov. Keďže siete prerastajú tri distribučné vrstvy na jednom mieste, organizácie by mali na optimalizáciu návrhu použiť základnú vrstvu.

Ďalším dôvodom na použitie viacerých prepínačov distribučnej vrstvy je, keď počet prepínačov prístupovej vrstvy pripájajúcich sa k jednej distribučnej vrstve presahuje výkonnostné ciele sieťového návrhára. V modulárnom a škálovateľnom dizajne môžete spoločne umiestniť distribučné vrstvy pre dátové centrá, pripojenie WAN alebo služby na okraji internetu.

V prostrediach, kde sa v tesnej blízkosti nachádza viacero prepínačov distribučnej vrstvy a kde optické vlákna poskytujú možnosť prepojenia s vysokou šírkou pásma, jadrová vrstva znižuje zložitosť siete z N * (N-1) na N liniek pre N distribúcií, ako je znázornené na nasledujúcich dvoch obrázkoch.

Obrázok 6. Topológia LAN s jadrovou vrstvou

Obrázok 7. Topológia LAN bez jadrovej vrstvy

Jadrová vrstva siete LAN je kritickou súčasťou škálovateľnej siete a napriek tomu je svojou konštrukciou jednou z najjednoduchších. Distribučná vrstva poskytuje domény porúch a riadenia a jadro predstavuje nepretržitú konektivitu medzi nimi 24 hodín denne, 7 dní v týždni, 365 dní v roku, ktorú organizácie musia mať v modernom obchodnom prostredí, kde je pripojenie k zdrojom na vykonávanie podnikania kľúčové. Konektivita do a z jadra je zabezpečená iba na 3. vrstve, čo zvyšuje odolnosť a stabilitu.

Platformy základnej vrstvy

Preferované prepínače Cisco používané ako platformy na úrovni jadra kampusu sú:

Prepínače Cisco Nexus radu 7700 s funkciou Supervisor 2E

Prepínače Cisco Catalyst 6807-XL s modulom Cisco Catalyst 6500 Supervisor Engine 6T

Kapacita, hustota a funkcie sú hlavnými rozdielmi, ktoré ovplyvňujú výber platformy. Obe hlavné platformy majú súrodenecké platformy, ktoré môžu byť vhodné pre kľúčovú úlohu v existujúcich sieťach alebo sieťach, kde nie sú potrebné plné možnosti hlavných platforiem.

Možnosti návrhu káblovej siete v areáli univerzity

Pri škálovaní z jedného prepínača v kampusovej sieti LAN na plnú trojvrstvovú kampusovú sieť je spoľahlivosť siete čoraz dôležitejšia, pretože výpadky siete pravdepodobne ovplyvňujú väčšiu populáciu používateľov s väčším pracoviskom a ekonomickým významom. Na zmiernenie obáv z nedostupnosti sieťových zdrojov zahŕňajú návrhy kampusov ďalšie možnosti odolnosti, ako sú redundantné prepojenia, prepínače a komponenty prepínačov. V tradičných viacvrstvových návrhoch kampusov prichádza zvýšená odolnosť za cenu zložitosti konfigurácie, pričom väčšina zložitosti vyplýva z interakcie prístupových a agregačných vrstiev kampusovej siete LAN.

Primárnou funkciou distribučnej vrstvy je agregácia prepínačov prístupovej vrstvy v danej budove alebo kampuse. Distribučná vrstva poskytuje hranicu medzi doménou vrstvy 2 prístupovej vrstvy a doménou vrstvy 3, ktorá poskytuje cestu do zvyšku siete. Táto hranica poskytuje dve kľúčové funkcie pre LAN. Na strane vrstvy 2 vytvára distribučná vrstva hranicu pre protokol STP (Spanning Tree Protocol), čím obmedzuje šírenie porúch vrstvy 2. Na strane vrstvy 3 poskytuje distribučná vrstva logický bod na zhrnutie smerovacích informácií IP pri vstupe do siete. Zhrnutie redukuje tabuľky smerovacích údajov IP pre jednoduchšie riešenie problémov a znižuje réžiu protokolu pre rýchlejšie zotavenie z porúch.

Tradičný návrh viacvrstvovej distribučnej vrstvy kampusu

Tradičné návrhy lokálnych sietí (LAN) používajú viacvrstvový prístup s vrstvou 2 od prístupovej vrstvy po distribučnú vrstvu, kde existuje hranica vrstvy 3. Pripojenie z prístupovej vrstvy po distribučnú vrstvu môže viesť k návrhu bez slučiek alebo so slučkami.

V tradičnom návrhu siete má distribučná vrstva dva samostatné prepínače pre zaistenie odolnosti. Odporúča sa obmedziť virtuálnu sieť LAN (VLAN) vrstvy 2 na jednu rozvodnú skriňu alebo pár prístupových uplinkov, aby sa znížili alebo eliminovali topologické slučky, ktoré musí STP blokovať a ktoré sú bežným bodom zlyhania v sieťach LAN. Obmedzenie siete VLAN na jeden prepínač poskytuje návrh bez slučiek, ale obmedzuje flexibilitu siete.

Na vytvorenie odolnej IP brány pre VLAN v tradičnom dizajne musíte použiť redundanciu prvého kroku (first-hop), ktorá poskytuje hostiteľom konzistentnú MAC adresu a IP adresu brány pre VLAN. Smerovací protokol Hot Standby Routing Protocol (HSRP) a redundancia virtuálneho smerovača (VRRP) sú najbežnejšie redundancie brán, ale umožňujú hostiteľom odosielať dáta iba z jedného z prístupových uplikov do distribučnej vrstvy a vyžadujú dodatočnú konfiguráciu pre každý agregačný prepínač, aby bolo možné distribuovať VLAN medzi uplinky. Protokol vyvažovania záťaže brány (GLBP) poskytuje väčšie využitie uplinku pre prevádzku opúšťajúcu prístupovú vrstvu vyvažovaním záťaže z hostiteľov medzi viacerými uplinky, ale môžete ho použiť iba v topológii bez slučky.

Všetky tieto redundantné protokoly vyžadujú jemné doladenie predvolených nastavení časovača, aby sa umožnila konvergencia siete v subsekundových intervaloch, čo môže mať vplyv na zdroje CPU prepínača.

Niektoré organizácie vyžadujú, aby sa tá istá VLAN vrstvy 2 rozšírila na viacero skríň prístupových vrstiev, aby sa do nich dala prispôsobiť aplikácia alebo služba. Slučková konštrukcia spôsobuje, že spanning tree blokuje spojenia, čo znižuje šírku pásma od zvyšku siete a môže spôsobiť pomalšiu konvergenciu siete. Neefektívnosť a zvýšený potenciál nesprávnej konfigurácie nútia sieťových inžinierov hľadať atraktívnejšie alternatívy.

Obrázok 8. Tradičný dizajn bez slučiek s VLAN na prístupový prepínač

Obrázok 9. Tradičný dizajn so slučkou s VLAN cez prístupové prepínače

Návrh smerovanej prístupovej vrstvy pre distribúciu

V inom prístupe k návrhu prístupovej a distribučnej vrstvy môžete použiť vrstvu 3 až po prístupovú vrstvu. Výhodou tohto návrhu je eliminácia slučiek spanning tree a zníženie počtu protokolov, pretože IP brána je teraz prístupovým prepínačom. Keďže neexistujú žiadne blokujúce prepojenia spanning tree, môžete použiť obe uplinky do prístupovej vrstvy a zvýšiť efektívnu šírku pásma dostupnú pre používateľov.

Problémom s návrhom smerovanej prístupovej vrstvy je, že domény vrstvy 2 sú obmedzené na jeden prístupový skriňový rozvádzač, čo obmedzuje flexibilitu pre aplikácie, ktoré vyžadujú pripojenie vrstvy 2, ktoré sa rozprestiera cez viacero prístupových skríň.

Dizajn látok na akademickej pôde

Obmedzenia druhej vrstvy návrhu smerovanej prístupovej vrstvy môžete prekonať pridaním možnosti kampusovej štruktúry do prístupovej siete tretej vrstvy. Návrh kampusovej štruktúry umožňuje použitie virtuálnych sietí (prekrývajúcich sa sietí) bežiacich na fyzickej sieti (podkladovej sieti) s cieľom vytvoriť alternatívne topológie na pripojenie zariadení. Okrem virtualizácie siete umožňuje kampusová štruktúra softvérovo definovanú segmentáciu a presadzovanie politík na základe identity používateľa a členstva v skupinách, integrovanú s technológiou Cisco TrustSec. Ďalšie informácie nájdete na stránke cisco.com a vyhľadajte výraz „Campus Fabric“.

Zjednodušený návrh distribučnej vrstvy

Alternatíva, ktorá dokáže zvládnuť požiadavky na prístup na 2. vrstvu a vyhnúť sa zložitosti tradičného viacvrstvového kampusu, sa nazýva zjednodušený dizajn distribučnej vrstvy. Tento dizajn využíva viacero fyzických prepínačov, ktoré fungujú ako jeden logický prepínač, ako napríklad zásobník prepínačov alebo VSS, alebo menej preferovaný jeden, vysoko redundantný fyzický prepínač. Jednou z výhod tohto dizajnu je, že závislosť od spanning tree je minimalizovaná a všetky uplinky z prístupovej vrstvy do distribučnej vrstvy sú aktívne a prechádzajú prevádzkou. Dokonca aj v distribuovanom dizajne VLAN eliminujete blokované prepojenia spanning tree kvôli slučkovým topológiám. Závislosť od spanning tree znižujete použitím EtherChannel k prístupovej vrstve s duálnymi uplinky. Toto je kľúčová charakteristika tohto dizajnu a v prípade potreby môžete vyvážiť záťaž až osem prepojení pre dodatočnú šírku pásma. Zároveň majú viaceré prepojenia v EtherChannel lepšie výkonnostné charakteristiky v porovnaní s jednotlivými nezávislými prepojeniami.

Obrázok 10. Zjednodušený návrh distribúcie s VLAN na prístupový prepínač

Obrázok 11. Zjednodušený návrh distribúcie s VLAN preklenujúcimi prístupové prepínače

EtherChannel je logické rozhranie, ktoré môže na správu fyzických členov zväzku používať protokol riadiacej roviny. Je lepšie spustiť kanálový protokol namiesto použitia režimu vynúteného zapnutia, pretože kanálový protokol vykonáva kontroly konzistencie rozhraní naprogramovaných tak, aby boli v kanáli, a poskytuje systém ochranu pred nekonzistentnými konfiguráciami. Prepínače Cisco Catalyst poskytujú protokol agregácie portov (PAgP), čo je široko používaný protokol navrhnutý spoločnosťou Cisco, a protokol agregácie liniek (LACP), ktorý je založený na štandarde IEEE 802.3ad.

Zjednodušený dizajn distribučnej vrstvy má niekoľko ďalších výhod. Už nepotrebujete redundantné protokoly IP brány, ako sú HSRP, VRRP a GLBP, pretože predvolená IP brána je teraz na jednom logickom rozhraní a odolnosť zabezpečuje prepínač alebo prepínače distribučnej vrstvy. Sieť bude tiež konvergovať rýchlejšie, pretože v prípade poruchy nie je závislá od spanning tree na odblokovanie liniek, pretože EtherChannel poskytuje rýchle prepnutie medzi linkami v uplinkovom zväzku za menej ako sekundu.

Topológia siete od distribučnej vrstvy po prístupovú vrstvu je logicky topológia typu hub-and-spoke, čo znižuje zložitosť návrhu a riešenia problémov. Návrh topológie typu hub-and-spoke poskytuje efektívnejšiu prevádzku pre IP Multicast v distribučnej vrstve, pretože teraz existuje jeden logicky určený smerovač na preposielanie paketov IP Multicast do danej VLAN v prístupovej vrstve.

Nakoniec, vďaka použitiu dizajnu s jednou logickou distribučnou vrstvou je potrebné spravovať menej zariadení, čo znižuje čas strávený priebežným zriaďovaním a údržbou.

Nájdite ďalšie riešenia a odborné poradenstvo pred, počas a po nasadení technológií: Možnosti migrácie zabezpečenia; Bezpečnostné riešenie – NGFW; FTTx riešenia

Ak potrebujete podrobné riešenia pre vaše nasadenia a sieť, môžete:

Napíšte nám:[chránené e-mailom]

Live Chat: Online rozhovor s našimi odborníkmi práve teraz.