Логическая топология компьютерной сети

Логическая топология компьютерной сети

• мы разберемся  зачем вообще нам нужны схемы компьютерной сети и как они нам помогут в повседневной жизни . Также придет понимание того,  чем логическая схема или логическая топология компьютерной сети отличается от физической схемы .

• Правильно читать сетевые диаграммы вы научитесь со временем, а сейчас же мы поговорим про обозначения физических портов на схемах и диаграммах Cisco, рисунок ниже это демонстрирует. Кстати, стоит сказать, что на физическом уровне модели OSI также есть адресация, которая заключается в номерах портов различных физических устройств.

Как читать схемы сетей, построенных на оборудование Cisco

• Обратите внимание на нумерацию и названия портов на схеме

• Особенность нумерации портов оборудования Cisco заключается в том, что это оборудование модульное, впрочем, как и любое другое оборудования вендеров, производящих промышленные устройства связи. Давайте посмотрим на такой простой пример: fa0/1 – это порт устройства Cisco, этот порт имеет пропускную способность 100 Мбит/с и работает по стандарту Fast Ethernet, об этом говорят два символа fa. Вторая часть 0/1 говорит нам о том, что это первый порт модуля под номером ноль.

• Например, коммутатор Cisco 2960 по своей сути имеет один нулевой модуль и 24 порта стандарта Fast Ethernet (соответственно, их нумерация начинается с fa0/1 по fa0/24), также в этом модуле находится два порта стандарта Gigabit Ethernet с  пропускной способностью  1 Гбит/c (для их обозначения можно использовать записи Gi0/1 и Gig0/2), но на самом деле портов может быть и больше.

• Все вышесказанное относилось к портам, работающим по стандарту Ethernet, скорее всего, вы будете работать только с этим стандартом. Еще существуют и последовательные интерфейсы или serial-link, такие интерфейсы у Cisco обычно обозначаются так: S4/0 – эта запись говорит о том, что кабель включен в нулевой порт 4-го модуля; Se0/0 – это второй способ обозначения, кроме первых букв ничего не изменяется.

• На схемах и диаграммах Cisco еще можно встретить обозначения типа Eth3/2 – это говорит о том, что порт работает по стандарту Ethernet с пропускной способностью 10 Мбит/c , возможно, вы встретите Te или TenGigabit (полоса пропускания такого интерфейса составляет 10 Гбит/c), про скорости выше пока говорить не будем.

• Иногда вы можете встреть что-то типа такого: Gi1/2/3, такое обозначение бывает в двух случаях: либо вы работаете с коммутаторами, которые объединены в стек, тогда: 1 – это номер коммутатора в стеке, 2 – номер модуля в этом коммутаторе, 3 – номер порта в модуле; либо это модуль внутри модуля. С модулями Cisco придется работать часто, особенно, это касается каких-то умных устройств, например, маршрутизаторов (портовую емкость которого можно расширять при помощи модулей) или L3 коммутаторов.

• Также иногда вы можете встретить порты с непонятной на первый взгляд нумерацией, но это не означает, что логики нумерации у устройства нет, она на самом деле есть, просто нужно обратиться к официальной документации Cisco . Если делать этого не хочется, то можно просто смириться и работать как с обычными портами.

• И напоследок поговорим про виртуальные интерфейсы, которых физически нет, но в «мозгах» устройства эти интерфейсы есть, и мы их можем создавать. Во-первых, есть Loopback-интерфейсы, эти интерфейсы чисто виртуальные и они не закреплены ни за какой физической сущностью коммутатора, работают они по принципу IP-адреса 127.0.0.1, то есть они всегда есть, по ним всегда можно получить доступ к устройству, устройство может обращаться к самому себе при помощи этого интерфейса. Обозначаются они так: Loopback1, Loopback2 или Lo1, Lo2.

• Также нам могут встретиться суб-интерфейсы, например, fa1/1.123. Такие интерфейсы закрепляются за физическим портом устройства Cisco, номер такого интерфейса указывается после точки, в данном случае – это 123 суб-интерфейс

• . Для тех, кто знает вланы: номер суб-интерфейса может не совпадать с номером влана, но для удобства обычно делают так, чтобы совпадал. Сразу стоит отметить: это не все интерфейсы, с которыми вы можете встретиться, их гораздо больше, возможно, в дальнейшем мы познакомимся с ними, если будет такая потребность, на данный момент полученной информации нам должно хватить.

Физическая топология сети и ее схемы

• Здесь и далее мы будем считать, что в природе существует два вида топологий:  физическая топология сети и логическая топология сети . Первая топология или  физическая схема сети показывает, как эта сеть выглядит в реальном мире: где, как и какие кабели уложены, где, как и какое оборудование установлено, как оно запитано, какая длина у какого кабельного пролета, какой кабель в какой порт включен, как разварена оптика, как расшита кросс-панель и так далее .

• Начнем с простой схемы прокладки медных линий по помещениям, на такой схеме должна быть вся необходимая информация для монтажника, при помощи которой он сможет определить: как и где прокладывать линию по помещениям, а также какие материалы ему потребуются для осуществления монтажа, включая стяжки и маркировочные бирки.

• Следующая схема – это схема расшивки витой пары на кроссе, при помощи такой схемы можно определить, как коммутироваться или другими словами соединять оборудование: какой порт кросса или патч-панели куда ведет, будет совсем здорово, если каждая линия и каждый порт кросса будет промаркирован бирками.

• Еще один пример физической схемы – это ситуационный план, на котором показана схема прокладки ВОЛС (оптических линий связи), обычно такие схемы рисуют инженеры проектировщики провайдеров, они нужны для согласования условий с собственниками территорий, по которым будет проложен кабель, для оценки затрат на подключение того или иного объекта к сети провайдера, а также для легализации линий связи в контролирующих организациях, естественно, все физические схемы должны быть отрисованы в соответствие со стандартами и правилами, которых в РФ очень много, более того: проектируемые линии и оборудование связи должно быть в дальнейшем смонтирована так, чтобы не нарушать этих правил (санпины, снипы, госты). Мы, конечно же, с этим всем добром разбираться не будем.

• Стоит добавить, что после прокладки оптической линии связи к схемам прилагаются еще и рефлектограммы – это график, по которому можно определить уровень сигнала, на всем протяжении линии, а также длину оптической линии связи, делается этот график при помощи прибора, который называется рефлектометр.

• Еще вы можете встретиться со схемами разварки оптического кабеля или схемами распределения оптических волокон: оптический кабель мало проложить, его еще нужно правильно разварить, чтобы затем по этим волокнам кабеля сигнал попадал в нужную точку, а не абы куда, для этого и нужны схемы распределения оптических волокон.

Схема организации связи или структурная схема

• Последняя физическая схема компьютерной сети, о которой мы упомянем, называется схема организации связи или структурная схема, при помощи такой схемы монтажник или полевой инженер сможет включить проектируемое оборудование, а сетевой инженер настроить нужный порт на этом оборудование. То есть, если первые схемы интересовали в большей степени полевых сотрудников, то схема организации связи нужна в равной мере как удаленным, так и полевым инженерам.

• Да, чуть было не забыл, часть сетевого оборудования является активным, а это означает, что для его работы необходимо электричество, поэтому в различных проектах и документациях вы можете обнаружить схему подачи питания на оборудование связи.

Логическая топология сети и ее схемы

• При помощи логической топологии или логической схемы сети сетевой инженер может понять принцип работы компьютерной сети, определить куда пойдет тот или иной запрос и кто, с кем и как общается . Если схемы физической топологии нужно было рисовать вручную, использую какой-нибудь AutoCAD или Visio, то для схем логической топологии сети можно применять два подхода: рисовать руками, используя AutoCAD, Visio или более специализированный софт или автоматизировать этот процесс при помощи различных скриптов и систем мониторинга, которые будут опрашивать ваши устройства и на основе этого опроса составлять карту вашей сети.

• У каждого из этих подходов есть свои плюсы и минусы. Очевидный минус первого подхода: долго и нудно. Очевидный минус второго подхода: возможно, не так точно, как при первом, а также на схемах, составленных автоматически, может быть много лишней и ненужной для вас информации, которая будет просто засорять рабочее пространство или же наоборот – этой информации может быть недостаточно, чтобы сходу оценить обстановку.

• При использовании автоматизированных средств также стоит учитывать, что ваша компьютерная сеть может быть составлена из оборудования различных производителей, а приложение, которое вы используете для автоматической отрисовки, может «не уметь» работать с оборудованием того или иного производителя из коробки, поэтому придется его учить, делая тонкую настройку или создавая собственные скрипты.

Логическая топология КС

• Обычно системы мониторинга подсвечивают зеленым нормально функционирующие устройства, желтым цветом подсвечиваются устройства, с которыми начинает происходить что-то нехорошее, а красным цветом подсвечиваются вышедшее из строя устройства, хотя в зависимости от приложения, которое используется для мониторинга, цвета могут меняться. Есть и более подробные схемы логической топологии сети, давайте попробуем нарисовать одну такую схему в Cisco Packet Tracer и посмотрим, что из этой схемы можно для себя вынести.

• На этом рисунке подписаны все устройства, а также указаны их IP-адреса, давайте посмотрим каким путем будут следовать данные, которые отправляет ПК1 на различные узлы нашей сети. Итак, допустим мы отправляем данные с ПК1 на ПК2, трасса, по которой пойдут Ethernet-кадры отмечена на рисунке красным цветом, сперва данные уйдут на коммутатор, а затем он их направит в сторону узла ПК2, обратите внимание: я намеренно написал Ethernet кадр, ведь узлы ПК1 и ПК2 находятся в одной подсети или иначе говоря в одной канальной среде, для общения им достаточно мак-адресов, а коммутатор – это то устройство  канального уровня , которое прекрасно умеет работать с мак-адресами.

• Но, к сожалению, трасса сильно увеличивается, если нам нужно послать данные из узла ПК1 на узел ПК3, так как они находятся в разных подсетях, в этом случае для доступа к узлу ПК3 нам потребуются услуги маршрутизатора и IP-адреса, ведь коммутатор совершенно ничего не знает про IP-адреса и как с ними работать. Путь, по которому будут идти IP-пакеты между узлами ПК1 и ПК3 на рисунке обозначен зеленым цветом: сначала данные попадают на «Коммутатор 1», затем он их передает на «Коммутатор 2», далее данные попадают на «Роутер 1», затем они возвращаются на «Коммутатор 2», он их пересылает на «Коммутатор 1», а тот в свою очередь отправляет их на ПК3, когда мы поговорим про принципы работы роутеров, вы поймете почему и как это происходит.

• Трасса между ПК1 и ПК6 выделена оранжевой линией, думаю, ее уже можно не пояснять. Но стоит сказать, что путь, который будут проделывать сообщения из точки А в точку Б в большей степени зависят от логики, то есть от того, как настроены ваши устройства. Вы можете настроить свою сеть таким образом, что узлы 192.168.1.2 и 192.168.1.3 будут иметь доступ в Интернет, но не будут иметь возможности «достучаться» до других узлов сети, находящейся в вашем управлении, ну это как пример.

• Еще нужно отметить,  что ни одна схема не сможет точно передать принцип работы компьютерной сети полностью, для полной картины вам все равно придется заходить на коммутаторы и маршрутизаторы и смотреть, как они настроены, либо снабжать свои схемы объемными и подробными комментариями, в которых будут содержаться, особенности и правила настройки того или иного оборудования в той или иной ситуации .

Топология включения узлов сети: общая шина, звезда, full mesh (каждый на каждого) или полносвязная топология и partial mesh

• Завершая разговор о физической и логической топологии компьютерных сетей стоит поговорить о типовых схемах включения устройств сети , итак у нас есть четыре топологии сети, которые в равной мере можно отнести как к физической, так и к логической:

• Общая шина  – такую топологию компьютерной сети вы, скорее всего, уже не встретите в реальном мире, поскольку вы уже нигде не найдете компьютерных сетей, построенных на хабах и коаксиальном Ethernet кабеле. Особенность такой топологии заключается в том, что все без исключения узлы сети подключены к одному проводу, если длина провода слишком велика, то ставится ретранслятор, который усиливает сигнал. Про особенности хабов и схемы с общей шиной мы поговорим в отдельной теме.

• Топология звезда  – эта топология появилась вместе с коммутаторами, ее особенность заключается в том, что есть центральное устройство, от которого включаются все остальные устройства, это и правда похоже на звезду. Обычно сети небольших и средних компаний построены по этой топологии.

• Топология кольцо  – это одна из самых надежных схем построения Ethernet сетей, надежнее может быть только  компьютерная сеть , построенная по топологии full mesh, но в Ethernet сетях на канальном уровне эта топология используется очень редко из-за своей дороговизны и проблем с эксплуатацией такой сети, в соединительных линиях сети full mesh можно просто запутаться и никогда не распутаться. Вообще, Ethernet сети, построенные по топологии кольцо, не будут работать без дополнительного протокола, который называется STP. Дело все в том, что Ethernet очень чувствителен к петлям, а протокол STP позволяет защититься от петель. Другими словами: в Ethernet сетях нельзя использовать топологию кольцо без STP. Если не верите, то можете проверить: соедините медным патч-кордом два LAN-порта домашнего роутер (в лучшем случае порт на коммутаторе провайдера, от которого вы включены, заблокируется и вам придется звонить в тех. поддержку с просьбой его разблокировать, ну а в худшем случае вы можете устроить небольшой шторм на сети провайдера, и тогда тех. поддержка наберет вас сама, когда обнаружит источник шторма, чтобы рассказать, что она о вас думает).