Что нам стоит сеть построить…?

Слова известной песенки, как нельзя кстати, подходят под реалии построения не только домов, но и сетей. «Что нам стоит дом построить, нарисуем, будем жить». Вот только проблема заключается в том, что как нарисуем, так и жить будем. Основными художественными фигурами при рисовании сетей являются: последовательное соединение («линия», «колбаса», «гирлянда», «цепочка»), «звезда» и «кольцо». Бывают, конечно, и другие, производные от основных варианты: «двойная звезда», «двойное кольцо», «полносвязная» (меш), «как бог на душу положит» и т.д. Давайте же разберёмся, какие из этих фигур, и в каких ситуациях являются более или менее предпочтительными.

Начнем рассмотрение с последовательного соединения (гирлянды), так как именно по такому принципу строятся многие «начинающие» сети. К достоинствам такой топологии можно отнести следующее:

1. Для построения сети может использоваться недорогое оборудование, вплоть до неуправляемых коммутаторов.

2. При такой топологии расход кабеля наименьший.

3. Для проектирования и запуска сети не требуется высокий уровень технического персонала.

4. Топология легко адаптируется под городскую застройку.

Исходя из перечисленных достоинств понятно, почему некоторые провайдеры начинают строительство своих сетей именно с такой топологии. Небольшие стартовые вложения привлекают многих, и до определённых масштабов такая сеть будет даже работать, но при дальнейшем её росте все недостатки дадут о себе знать, а именно:

1. Выход из строя любого устройства в цепочке или любого кабельного сегмента приводит к отказу в обслуживании всех абонентов, подключённых далее по линии. Чем длиннее цепочка и чем дальше находится абонент, тем больше у него вероятность простоя.

2. Коммутаторы, находящиеся в начале гирлянды, испытывают большую нагрузку, чем установленные далее по цепи. Чем длиннее гирлянда, тем выше нагрузка на коммутаторы. При достижении определённых масштабов это может приводить к существенным проблемам, особенно при использовании маломощных недорогих коммутаторов.

3. В такой сети осложнён поиск и устранение неисправностей, так как к проблеме, с которой сталкивается абонент, может приводить не только его кабельный сегмент и коммутатор, к которому он подключён, а и любой кабельный сегмент или любой коммутатор по дороге к абоненту.

Как видно из перечисленных достоинств и недостатков, с линейной топологии проще всего начать строить сеть, но в дальнейшем она принесёт создателю и больше всего проблем, особенно если при построении использовались недорогие коммутаторы, обладающие низкой производительностью и не имеющие механизмов мониторинга и диагностики.

Следующая популярная топология – это звезда, которая имеет свои достоинства и недостатки.

Достоинства это:

1. Для построения сети может использоваться недорогое оборудование, вплоть до неуправляемых коммутаторов.

2. Для проектирования и запуска сети не требуется высокий уровень технического персонала.

3. Наиболее простой поиск и устранение неисправностей.

4. Наиболее просто внедряется дополнительный функционал.

Недостатки:

1. Наибольший расход кабеля

2. Выход из строя центрального устройства приводит к отказу в обслуживании всего сегмента сети. Но так как центральное устройство одно, то его гораздо проще зарезервировать и обеспечить ему бесперебойное питание. И, в отличие от линейной структуры, выход из строя остальных коммутаторов приводит к отказу в обслуживании только пользователей, находящихся на вышедшем со строя коммутаторе.

3. Нагрузка на центральное устройство выше, чем на остальные, т.е. оно должно быть более производительным, и соответственно, более дорогим. С одной стороны – это недостаток, но если сравнивать с гирляндой, то в звездообразной топологии такой коммутатор только один, а в гирлянде их несколько.

Нетрудно догадаться, что звездообразная топология в результате обойдётся немного дороже линейной, но при правильном проектировании она может выдержать любые нагрузки, более устойчива к неполадкам и может эксплуатироваться персоналом с не очень высокой квалификацией.

Следующая, кольцевая топология — на самом деле, представляет собой линейную топологию, замкнутую в кольцо. Но, для того, что бы в Ethernet сети можно было создать кольцо, необходимо использовать специальные протоколы, иначе первый же залетевший в сеть широковещательный пакет вызовет шторм, и как результат — полный отказ всей сети. Просто так, физически соединять коммутаторы в кольцевую топологию, без использования этих протоколов нельзя. Вы этого не знали? Тогда дальше можете не читать, для вас это ещё рано. Стройте сеть по топологии «звезда» и не обременяйте себя высокими технологиями.

Как и у всех остальных топологий, у кольцевой есть свои сильные и слабые стороны. Причём, сильная сторона только одна, но оно действительно сильная – такая сеть не имеет единой точки отказа. При выходе со строя любого из её компонентов она будет продолжать функционировать. Мало того, если это компонент кабельной инфраструктуры, то абонентам не будет отказано в обслуживании, если же выйдет со строя коммутатор, то отказано в обслуживании будет только пользователям, подключённым к этому коммутатору.

К недостаткам кольцевой топологии можно отнести:

1. Для построения сети требуются управляемые коммутаторы, поддерживающие протоколы создания кольцевых топологий.

2. Для проектирования и запуска сети требуется высокий уровень обслуживающего персонала.

3. Наиболее сложный поиск и устранение неисправностей, в некоторых случаях требующий специальных глубоких технических знаний от обслуживающего персонала.

4. Нагрузка на разные коммутаторы в кольце неравномерная.

Для построения кольца могут использоваться два стандартных протокола: STP (или его усовершенствованные варианты — RSTP и MSTP) и ERPS. Хочу обратить ваше внимание на слово «стандартных», так как существуют и нестандартные протоколы, т.е. фирменные, которые разработаны конкретной компанией и применяются только в её оборудовании. Использование фирменных протоколов чревато «подсаживанием на иглу». Если в своей сети вы решили использовать фирменный протокол какой-то компании, то будьте готовы к тому, что в дальнейшем, при росте и расширении сети вам придётся использовать оборудовании только этой компании, даже если в будущем оно перестанет вас удовлетворять в ценовом плане или в плане функциональности.

Задачей таких проколов, как стандартных, так и фирменных является логическое преобразование кольцевой топологии в линейную или звездообразную. Производится это при помощи разрывания кольца путём блокирования определённых портов на определённых коммутаторах. Но в случае появления в сети непредвиденных обрывов, заблокированный порт восстановит свою работоспособность, и сеть будет продолжать функционировать.

На каком же протоколе остановиться: ERPS или STP, ведь каждый из протоколов имеет свои преимущества и недостатки. Преимуществом STP является то, что он может быть наложен практически на любую физическую топологию сети, в отличие от ERPS, который может использоваться исключительно в кольцевой топологии. Кроме того, ERPS умеет отрабатывать только разрыв и восстановление именно того кольца, для которого он строился. Если в таком кольце появится ещё одно кольцо (петля), то ERPS её не отработает. Для определения таких петель необходимо использовать дополнительный функционал, например, тот же STP или Loopback Detection. Несмотря на определённые недостатки, ERPS имеет и существенные преимущества. У него меньшее время сходимости – в среднем 200мс, по сравнению с 5 сек у RSTP/MSTP. Он позволяет однозначно указать, какой порт (RPL) и на каком коммутаторе (RPL Owner) будет заблокирован по умолчанию, в отличие от STP, где это делается при помощи приоритетов и не является однозначным. В ERPS по умолчанию будет заблокирован указанный RPL порт, но если в кольце где-то произойдёт обрыв, то так же, как и в STP заблокированный порт разблокируется. Если в месте обрыва опять восстановится связь, то возврат к предыдущей конфигурации произойдёт не сразу, а через какое-то время (WTR Timer). Это сделано для того, что бы в случае нестабильного соединения не происходило постоянной перестройки топологии, как это происходит в STP. Поиск и устранение неисправностей в ERPS топологии гораздо проще, чем в STP. ERPS является идеальным решением для уровней ядра и распределения, т.е. там, где в топологию сети не может вмешаться конечный пользователь. На уровне доступа применение протокола возможно только в паре с STP или Loopback Detection, причём Loopback Detection должен уметь определять петли не только в пределах одного порта, а и между разными портами коммутатора.

Далеко не все коммутаторы, позиционирующиеся различными производителями на уровень доступа, обладают такими возможностями. Удачным примером коммутаторов доступа, которые отвечают всем предъявляемым требованиям, является серия D-Link DES-3200. Они поддерживают необходимые технологии и успешно зарекомендовали себя в сетях многих провайдеров и корпоративных пользователей.

Топологии типа: двойная звезда, двойное кольцо, полносвязная (меш) являются комбинированными вариантами трёх основных топологий и естественно имеют какие-то свои преимущества и недостатки, но есть определённые характеристики, которые присущи всем комбинированным топологиям:

1. Все они дороже, чем рассмотренные варианты основных топологий.

2. Все они требуют при построении наличия полнофункциональных управляемых коммутаторов.

3. Для проектирования и запуска сети требуется высокий уровень обслуживающего персонала.

4. В таких топологиях осложнён поиск и устранение неисправностей.

Любое оборудование и технологии являются инструментом в руках тех, кто их использует. И, соответственно, выбор топологии, в первую очередь, зависит от наличия у оператора высококвалифицированных специалистов. Если такие специалисты имеются, и их квалификация позволяет правильно построить, и в дальнейшем обслуживать какую либо из сложных топологий, то лучше выбрать именно их. Если же у специалистов недостаточно опыта в построении сложных сетей, то лучше остановиться на звездообразной топологии или более серьезно отнестись к повышению уровня их квалификации. Благо, что сейчас более чем достаточно и платных и бесплатных учебных курсов, посвященных сетевым технологиям.

И. Мартынюк