42
При проектировании сети важно выбрать подходящее оборудование для
удовлетворения текущих сетевых требований, а также обеспечить рост сети.
Для достижения этой цели необходимо подбирать оборудование,
соответствующее определенным критериям. На рынке сетевых устройств
присутствует несколько категорий коммутаторов (коммутаторы сервисных
провайдеров, коммутаторы ЦОД, коммутаторы с облачным управлением и др.),
но для построения офисных сетей в основном применяются коммутаторы
кампусной сети. Эти коммутационные платформы варьируются от
безвентиляторных коммутаторов с четырьмя - восемью фиксированными
портами до модульных блейд-систем, поддерживающих сотни портов.
При выборе коммутаторов также важно определиться с форм-фактором
устройства – это может быть фиксированная или модульная конфигурация,
сеткируемая или нестекируемая. Примеры форм-факторов для коммутаторов
можно посмотреть на рис. 10.
Рисунок 10 - Форм-факторы коммутаторов
Также важным фактором для коммутаторов является скорость
пересылки. Она определяет производительность коммутатора, оценивая, какой
объём данных коммутатор может обрабатывать в секунду. Коммутаторы
начального уровня имеют более низкие скорости пересылки, чем коммутаторы
43
уровня предприятия. Частота пересылки важна при выборе коммутатора. Если
скорость пересылки коммутатора слишком низкая, она не может поддерживать
полную скорость передачи данных на всех своих портах. Например, типичный
48-портовый гигабитный коммутатор, работающий на полной скорости,
генерирует 48 Гбит / с трафика. Если коммутатор поддерживает только
скорость пересылки 32 Гбит / с, он не может работать со всей скоростью
передачи по всем портам одновременно. К счастью, коммутаторы уровня
доступа, как правило, не нуждаются в полной скорости работы, поскольку они
будут ограничены их восходящими линиями связи к слою распределения. Это
означает, что на уровне доступа могут использоваться менее дорогие
коммутаторы с более низким уровнем производительности, а более дорогие
коммутаторы с более высоким уровнем производительности могут
использоваться на уровнях распределения и ядра, где скорость пересылки
оказывает большее влияние на производительность сети.
На сегодняшний день широкое распространение начинают получать так
называемые многоуровневые коммутаторы (L-3 Switches, Multilayer switches).
Многоуровневые коммутаторы обычно развертываются на уровне ядра сети и
на уровне распределения сети организации. Многоуровневые коммутаторы
характеризуются своей способностью строить таблицу маршрутизации,
поддерживать несколько протоколов маршрутизации и пересылать IP-пакеты
со скоростью, близкой к скорости пересылки второго уровня. Существует
тенденция к созданию сетей, полностью обеспеченных коммутацией уровня 3.
Когда коммутаторы были впервые использованы в сетях, ни один из них не
поддерживал маршрутизацию, теперь же почти все коммутаторы
поддерживают маршрутизацию. Вполне вероятно, что скоро все коммутаторы
будут включать в себя процессор маршрутизации, потому что затраты на это
уменьшаются по сравнению с другими ограничениями.
44
В дополнение вышеуказанным соображениям, в следующем списке
приведены другие общие факторы, которые следует оценивать при выборе
коммутационного оборудования:
Стоимость - стоимость коммутатора будет зависеть от количества и
скорости интерфейсов, поддерживаемых функций и возможностей
расширения.
Плотность портов - сетевые коммутаторы должны поддерживать
соответствующее количество устройств в сети.
Возможности питания - на данный момент широкое
распространение получила возможность передачи электропитания для точек
доступа беспроводной сети, IP-телефонов и даже компактных коммутаторов с
использованием технологии Power over Ethernet (PoE). Также следует учесть,
что некоторые коммутаторы на основе шасси поддерживают резервные
источники питания.
Надежность - коммутатор должен обеспечивать непрерывный
доступ к сети.
Скорость порта - скорость подключения к сети имеет
первостепенное значение для конечных пользователей.
Буферы кадров - возможность коммутаора хранить в памяти кадры
важна в сети, где могут возникать перегрузки портов.
Масштабируемость - количество пользователей в сети, как правило,
растет с течением времени; поэтому коммутатор должен обеспечить
возможность для роста.
2.2.2 Маршрутизаторы и межсетевые экраны
Маршрутизатор — это сетевое устройство, которое пересылает пакеты
данных между компьютерными сетями. Маршрутизаторы выполняют функции
управления трафиком в Интернете. Пакет данных обычно перенаправляется с
45
одного маршрутизатора на другой маршрутизатор через сети, которые
составляют промежуточную сеть, пока не достигнет своего целевого узла.
Когда несколько маршрутизаторов используются во взаимосвязанных сетях,
маршрутизаторы могут обмениваться информацией о адресах получателей с
использованием протокола маршрутизации. Каждый маршрутизатор создает
таблицу маршрутизации, в которой перечислены предпочтительные маршруты
между любыми двумя системами в взаимосвязанных сетях.
Как и коммутаторы, маршрутизаторы могут играть роль во всех трех
уровнях иерархической модели сети. Во многих небольших сетях таких, как
например сети филиалов, все три уровня могут быть реализованы в
маршрутизаторе.
Основная цель маршрутизатора - соединять несколько сетей и
пересылать пакеты, предназначенные либо для собственных сетей,
либо для других сетей. Маршрутизатор считается устройством
уровня 3, поскольку его первичное решение о пересылке пакта
основывается на информации в IP-пакете уровня 3, в частности на IP-
адресе получателя. Когда маршрутизатор получает пакет, он
просматривает свою таблицу маршрутизации, чтобы найти
наилучшее соответствие между IP-адресом назначения пакета и
одним из адресов в таблице маршрутизации. Как только совпадение
найдено, пакет инкапсулируется в кадре канального уровня (уровня
2) и отправляется с исходящего интерфейса, указанного в записи
таблицы. Маршрутизатор обычно не просматривает содержимое
пакета, а использует только IP-адреса, чтобы принять решение о
пересылке, а также дополнительную служебную информацию в
заголовке пакета, например данные о качестве обслуживания (QoS).
46
Сама таблица маршрутизации может содержать информацию,
полученную из множества источников, таких как стандартные или
статические маршруты, которые настроены вручную, или протоколы
динамической маршрутизации, где маршрутизатор изучает
маршруты с других маршрутизаторов.
Маршрутизаторы играют критически важную роль в сети
предприятия путем соединения нескольких подсетей в
корпоративной сети, предоставления избыточных путей и
подключения Интернет-провайдеров.
При подборе маршрутизаторов для офисных сетей, в основном
применимы те же критерии выбора, которые применяются для выбора
коммутаторов. В офисных сетях как правило применяются маршрутизаторы
относящиеся к категории оборудования для кампусных сетей. Для
маршрутизаторов актуальны такие же форм-факторы, как и для коммутаторов.
Ключевой характеристикой, на которую следует обращать внимание при
выборе маршрутизатора служит количество пакетов в секунду (pps, Packets
per second). Эта величина характеризует максимальное количество IP-пакетов
которое маршрутизатор может обрабатывать за одну секунду, однако следует
учитывать, что данная величина приводится производителями с учетом
фиксированной длинны пакетов (64 байта) и учитывает только
производительность операции маршрутизации. Поэтому производительность
маршрутизатора в реальных условиях может сильно отличаться от
максимальной, особенно если задействованы правила фильтрации трафика по
определенным критериям.
Также важными характеристиками для маршрутизаторов являются
количество соединений в секунду (cps, Connections per second) и максимальное
47
количество соединений (mcc, Maximum concurrent connections). Первая
величина характеризует какое количество новых соединений может обслужить
маршрутизатор за одну секунду. Вторая величина указывает максимальное
число соединений информация о которых может храниться в памяти
маршрутизатора.
На границе между локальной и глобальной сетью или на границе двух
крупных сетей как правило применяются межсетевые экраны (Firewall, Edge
Router). В их задачи помимо маршрутизации может входить туннелирование и
шифрование трафика(VPN), фильтрация пакетов (Firewall, Deep Packet
Inspection), трансляция адресов (NAT).
2.2.3 Серверное оборудование
Выбор серверного оборудования будет определять вычислительную
мощность будущих серверов и влиять на производительность сети в целом.
Соображения, которыми следует руководствоваться при выборе серверного
оборудования будут рассмотрены далее на примере требований предъявляемых
ОС Windows Server 2010 R2.
Первым параметром, который определит производительность будущей
системы является центральный процессор. Windows Server 2010 R2 требует для
своей работы 64-разрядный центральный процессор с частотой не ниже 1,4 ГГц.
Повышение частоты и увеличение количества вычислительных ядер
процессора могут существенно влиять на производительность сервера, причем
следует учитывать, что двукратное повышение частоты процессора окажет
заметно большее влияние на производительность, нежели двукратное
увеличения числа ядер. Если процессор использует технологию Hyper-
Threading, то прирост производительности от числа ядер будет ещё менее
значимым, так как два вычислительных потока вынуждены разделять ресурсы
одного ядра процессора. Важно роль также играют процессорные кэши L2 L3 –
48
чем больше они, тем выше прирост производительней. Если планируется
использовать сервер в качестве хоста виртуализации (Microsoft Hyper-V), то
необходимо чтобы процессор поддерживал технологию Extended Page Tables
(EPT) от Intel или же Nested Page Tables (NPT) от AMD.
Объём оперативной памяти необходимый серверу определяется
программным обеспечением, которое планируется к использованию на нем.
Например для выполнения роли контроллера домена, серверу потребуется
хранить в памяти базу данных службы каталогов – что составит примерно от 40
до 60 килобайт на одного пользователя системы. Минимальный необходимый
объём памяти, требуемый для работы самой ОС Windows Server 2010 R2,
составляет 512 мегабайт, а максимальный поддерживаемый объём памяти
ограничивается 4 терабайтами. В итоге требование к объёму памяти можно
определить как сумму требований к памяти всех приложений, служб и ролей,
которые планируются к использованию на сервере.
При планировании дисковой подсистемы следует выбирать жесткие
диски с наибольшей частотой вращения так как она напрямую влияет на
скорость случайного и последовательного доступа к секторам на диске.
Физические размеры диска также играют роль в производительности.
Например 2,5-дюймовые диски могут обслуживать больше операций
случайного доступа, нежели 3,5-дюймовые диски с аналогичными
характеристиками за счет уменьшения дистанции перемещения считывающей
головки.
Использование твердотельных накопителей оправдано в случаях кода
приложениям требуется высокая производительность операций ввода-вывода,
а сами операции по большей части ограничиваются чтением. Загрузочные
разделы, а также разделы содержащие файлы подкачки, являются хорошими
кандидатами для размещения на твердотельных накопителях. В первом случае
49
это значительно повысит скорость загрузки и работы операционной системы,
во втором окажет влияние на производительность всех приложений на сервере.
При выборе сетевых адаптеров для Windows Server 2010 R2 следует
обращать внимание на следующие факторы:
Поддержка 64-разрядной архитектуры – позволит сетевому адаптеру
адресовать более 4Гб при операциях прямого доступа к памяти (DMA).
Возможности разгрузки операций, например контрольной суммы позволит
снизить нагрузку на центральный процессор
Поддержка Receive Side Scaling (RSS) - технологии, которая равномерно
распределяет нагрузку по обработке сетевых пакетов между ядрами
процессора, позволяя оптимизировать производительность.
Использование одно портовых сетевых адаптеров – позволит повысить
производительность по сравнению с меньшим числом много портовых
адаптеров с тем же числом сетевых портов.
2.2.4 Средства хранения данных
Системы хранения данных (СХД) могут применяться в офисной сети,
когда существует потребность в объемном и надежном хранилище данных
например в составе файлового сервера или системы виртуализации.
Существует три основных фактора которые будут влиять на выбор СХД.
Первым фактором можно назвать назначение системы, от того для каких
целей приобретается система хранения будут зависеть её ключевые
характеристики. СХД следует приобретать чтобы снизить затраты на хранение
больших объемов данных локально, на отдельных серверах или на клиентских
компьютерах, для того чтобы централизовать управление данными, повысить
производительность и сделать данные более доступными в случае сбоя
системы. Если не удаётся определить назначение системы хранения в сети
50
организации, то скорее всего приобретение такого оборудования не будет
являться целесообразным.
Вторым фактором служат скорость и объем хранилища. Обе
характеристики будут вытекать из назначения конкретной СХД. Определение
объёма является задачей достаточно очевидной не требует каких-либо
разъяснений. Скорость в свою очередь будет определяться количеством
операций в секунду (IOPS) необходимых для функционирования
проектируемой системы. Следует учитывать характер этих операций –
последовательный или случайный доступ, превалирует запись или чтение,
какая требуемая задержка, какова пиковая и постоянная нагрузка.
Третьим фактором служит требуемая надежность системы. К
выделенным системам хранения данных применимы те же принципы
организации отказоустойчивости что применяются к серверному
оборудованию. Использование RAID-массивов позволит избежать потери
данных при отказе дисков, применение дублирующийся контроллеров,
источников питания и сетевых интерфейсов позволит обеспечить устойчивость
к отказам оборудования.
2.3 Выбор программного обеспечения сети
В этом разделе будут рассмотрены основные факторы, влияющие на
выбор программного обеспечения, применяемого в офисных сетях. Все
программное обеспечение в сети можно разделить на две категории: серверное
и клиентское по. К первой категории относятся операционные системы и
программы, разработанные для работы в качестве серверов, которые не всегда
предполагают непосредственное взаимодействие с пользователем. Ко второй
категории можно отнести операционное системы и программное обеспечение,
устанавливаемое на клиентские компьютеры или же программы, рассчитанные
на непосредственное взаимодействие с конечным пользователем.
51