Table of Contents

Click Here to Return To the Network Plus Course Page

Wprowadzenie

W świecie sieci różne usługi, opcje łączności i ramy architektoniczne odgrywają kluczową rolę w ustanowieniu wydajnej i niezawodnej komunikacji. W tym artykule zbadamy trzy podstawowe usługi sieciowe, a mianowicie Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), Domain Name System (DNS) i Network Time Protocol (NTP). Zagłębimy się w ich funkcje, omówimy podstawową architekturę sieci korporacyjnych i centrów danych oraz przedstawimy przegląd koncepcji chmury i opcji łączności.

DHCP: uproszczenie konfiguracji sieci

Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) to usługa sieciowa, która automatyzuje przypisywanie adresów IP i parametrów konfiguracji sieci do urządzeń podłączonych do sieci. Poprzez dynamiczne przypisywanie adresów IP, DHCP upraszcza proces konfiguracji sieci, szczególnie w środowiskach o dużej skali.

Zakres i zakresy wykluczeń

Zakres DHCP definiuje zakres adresów IP, które mogą być przypisane do urządzeń. W ramach zakresu można zdefiniować zakresy wykluczeń, aby zarezerwować określone adresy IP do przypisania statycznego lub uniemożliwić ich dynamiczne przypisanie do urządzeń.

Rezerwacja i przypisanie dynamiczne

DHCP umożliwia rezerwację określonych adresów IP dla urządzeń, które wymagają przypisania statycznego. Zapewnia to, że krytyczne urządzenia, takie jak serwery lub drukarki sieciowe, zawsze otrzymują ten sam adres IP.

Z drugiej strony, dynamiczne przypisywanie polega na przydzielaniu dostępnych adresów IP z zakresu DHCP urządzeniom żądającym łączności sieciowej. Przypisanie dynamiczne jest przydatne dla urządzeń, które nie wymagają stałego adresu IP.

Czas dzierżawy i opcje zakresu

Gdy urządzenie uzyskuje adres IP z serwera DHCP, robi to na określony czas zwany czasem dzierżawy. Czas dzierżawy można dostosować do wymagań środowiska sieciowego. Ponadto opcje zakresu DHCP można skonfigurować w celu zapewnienia urządzeniom dodatkowych parametrów, takich jak adresy serwerów DNS i domyślne bramy.

Przekaźnik DHCP i IP Helper/UDP Forwarding

W większych sieciach agenci przekazywania DHCP lub adresy pomocnicze IP są używane do przekazywania żądań i odpowiedzi DHCP między klientami DHCP a serwerami znajdującymi się w różnych podsieciach. Umożliwia to centralizację usług DHCP i zapewnia wydajną alokację adresów IP w wielu segmentach sieci.

DNS: Tłumaczenie nazw na adresy IP

System nazw domen (DNS) jest krytyczną usługą sieciową, która tłumaczy czytelne dla człowieka nazwy domen na odpowiadające im adresy IP, umożliwiając urządzeniom lokalizację i komunikację między sobą w Internecie i innych sieciach.

Typy rekordów i globalna hierarchia

DNS wykorzystuje różne typy rekordów do zarządzania różnymi typami informacji. Obejmują one:

  • Adres (A): Mapuje nazwę domeny na adres IPv4.
  • AAAA: Mapuje nazwę domeny na adres IPv6.
  • Nazwa kanoniczna (CNAME): Zapewnia alias lub alternatywną nazwę dla istniejącej nazwy domeny.
  • Wymiana poczty (MX)**: Określa serwer pocztowy odpowiedzialny za przyjmowanie wiadomości e-mail dla domeny.
  • Start of authority (SOA): Zawiera informacje administracyjne o strefie DNS.
  • Pointer (PTR): Wykonuje odwrotne wyszukiwanie DNS, mapując adres IP na nazwę domeny.
  • Text (TXT): Przechowuje dowolne dane tekstowe powiązane z domeną.
  • Usługa (SRV)**: Określa lokalizację określonych usług w domenie.
  • Serwer nazw (NS)**: Wskazuje autorytatywne serwery DNS dla domeny.

Rekordy te są zorganizowane w globalnej hierarchii, począwszy od głównych serwerów DNS, które przechowują informacje o domenach najwyższego poziomu (np. .com, .org). Ta hierarchiczna struktura umożliwia wydajne i zdecentralizowane rozwiązywanie nazw domen.

Wewnętrzny a zewnętrzny DNS i transfery stref

DNS można podzielić na wewnętrzny i zewnętrzny. Wewnętrzny DNS obsługuje rozpoznawanie nazw w prywatnej sieci organizacji, podczas gdy zewnętrzny DNS zarządza rozpoznawaniem publicznie dostępnych domen.

Transfery stref to mechanizmy używane do replikacji danych strefy DNS między autorytatywnymi serwerami nazw. Transfery te zapewniają spójne i aktualne informacje na wielu serwerach DNS.

Buforowanie DNS i czas życia (TTL)

Buforowanie DNS poprawia wydajność poprzez przechowywanie ostatnio rozwiązanych mapowań nazw domen i adresów IP. Pamięć podręczna może istnieć na serwerach DNS, routerach, a nawet pojedynczych urządzeniach. Wartość TTL (Time to Live) powiązana z rekordami DNS określa, jak długo buforowane informacje pozostają ważne, zanim będą musiały zostać odświeżone z autorytatywnych serwerów DNS.

Odwrotny DNS i wyszukiwanie rekursywne

Reverse DNS, znany również jako reverse lookup, to proces rozwiązywania adresu IP na odpowiadającą mu nazwę domeny. Wyszukiwanie rekursywne odnosi się do procesu zapytań DNS, w którym resolver DNS przechodzi przez hierarchię DNS, aby uzyskać adres IP powiązany z daną nazwą domeny.

NTP: synchronizacja czasu sieciowego

Network Time Protocol (NTP) to protokół sieciowy, który zapewnia dokładną synchronizację czasu między urządzeniami i sieciami. Precyzyjna synchronizacja czasu jest niezbędna dla wielu funkcji sieciowych, w tym uwierzytelniania, rejestrowania i koordynacji między systemami.

Stratum i źródła czasu

NTP działa w oparciu o hierarchiczny model zwany warstwą. Warstwa 0 reprezentuje najdokładniejsze źródło czasu, zwykle dostarczane przez zegary atomowe lub systemy satelitarne. Serwery warstwy 1 synchronizują swój czas ze źródłami warstwy 0 i tak dalej.

Klienci i serwery

W infrastrukturze NTP klienci wysyłają zapytania do serwerów NTP w celu uzyskania dokładnych informacji o czasie. Serwery NTP utrzymują dokładne odniesienia czasowe i świadczą usługi synchronizacji dla klientów.

Architektura sieci korporacyjnych i centrów danych

Aby zapewnić wydajne i skalowalne operacje sieciowe, organizacje często wdrażają określone ramy architektoniczne. Dwie powszechnie stosowane architektury sieciowe to architektura trójwarstwowa oraz architektura typu spine and leaf.

Architektura trójwarstwowa

Architektura trójwarstwowa składa się z następujących warstw:

  1. Rdzeń: Warstwa rdzenia zapewnia szybką łączność między różnymi częściami sieci i służy jako szkielet dla transmisji danych.
  2. Warstwa dystrybucji/agregacji: Warstwa dystrybucji agreguje połączenia z przełączników warstwy dostępu i zapewnia egzekwowanie zasad, filtrowanie i funkcje bezpieczeństwa.
  3. Access/Edge: Warstwa dostępu łączy urządzenia użytkowników końcowych, takie jak komputery i telefony IP, z siecią.

Architektura ta zapewnia skalowalność, odporność na awarie i logiczną segmentację usług sieciowych.

Software-Defined Networking

Software-Defined Networking (SDN) to podejście architektoniczne, które oddziela płaszczyznę sterowania, odpowiedzialną za podejmowanie decyzji w sieci, od płaszczyzny danych, odpowiedzialnej za przekazywanie danych. SDN składa się z następujących warstw:

  1. Warstwa aplikacji: Warstwa ta obejmuje aplikacje i usługi sieciowe, które współdziałają z kontrolerem SDN.
  2. Warstwa sterowania: Warstwa kontrolna składa się z kontrolera SDN, który zarządza zasadami sieciowymi i konfiguracją.
  3. Warstwa infrastruktury: Warstwa infrastruktury obejmuje przełączniki sieciowe i routery, które przekazują pakiety danych zgodnie z instrukcjami kontrolera SDN.
  4. Płaszczyzna zarządzania: Płaszczyzna zarządzania obsługuje zadania zarządzania siecią, takie jak monitorowanie, udostępnianie i bezpieczeństwo.

SDN oferuje elastyczność, scentralizowane zarządzanie i programowalność, umożliwiając organizacjom dostosowanie infrastruktury sieciowej do zmieniających się wymagań.

Architektura kręgosłupa i liścia

Architektura Spine and Leaf to skalowalne rozwiązanie o wysokiej przepustowości dla sieci centrów danych. Składa się ona z następujących komponentów:

  • Software-Defined Network: Architektura spine and leaf często wykorzystuje zasady SDN do scentralizowanej kontroli i programowalności.
  • Top-of-Rack Switching: Każda szafa w centrum danych jest podłączona do przełącznika top-of-rack, który zapewnia łączność z serwerami i innymi urządzeniami.
  • Backbone: Warstwa kręgosłupa składa się z szybkich przełączników, które łączą wszystkie przełączniki listkowe.
  • Przepływ ruchu**: W architekturze spine i leaf ruch odbywa się zarówno w kierunku północ-południe (między centrum danych a sieciami zewnętrznymi), jak i w kierunku wschód-zachód (między serwerami w centrum danych).

Architektura ta oferuje lepszą wydajność, skalowalność i odporność na błędy w środowiskach centrów danych.

Koncepcje chmury i opcje łączności

Przetwarzanie w chmurze zrewolucjonizowało sposób, w jaki organizacje przechowują, przetwarzają i uzyskują dostęp do danych i aplikacji. Zrozumienie koncepcji chmury i opcji łączności ma kluczowe znaczenie dla wykorzystania zalet usług w chmurze.

Oddział a lokalne centrum danych vs. kolokacja

Rozważając łączność w chmurze, organizacje muszą wybierać między różnymi opcjami wdrożenia, takimi jak:

  • Oddział: Oddziały zazwyczaj łączą się z chmurą za pośrednictwem dedykowanych połączeń sieciowych, takich jak tunele MPLS lub VPN.
  • Lokalne centrum danych**: Lokalne centra danych mogą nawiązywać bezpośrednie połączenia z dostawcami usług w chmurze, umożliwiając bezpieczną łączność o niskich opóźnieniach.
  • Kolokacja: Organizacje kolokujące swoją infrastrukturę w zewnętrznych centrach danych mogą wykorzystać opcje łączności centrum danych, takie jak bezpośrednie połączenia krzyżowe z dostawcami usług w chmurze.

Każda opcja wdrożenia ma unikalne względy dotyczące projektowania sieci, bezpieczeństwa i wydajności.

Sieci pamięci masowej

Sieci pamięci masowej (SAN) zapewniają wysokowydajną łączność pamięci masowej za pośrednictwem dedykowanych sieci. Sieci SAN obsługują różne typy połączeń, w tym:

  • Fibre Channel over Ethernet (FCoE): FCoE umożliwia transport ruchu pamięci masowej Fibre Channel przez sieci Ethernet, zmniejszając potrzebę oddzielnych sieci specyficznych dla pamięci masowej.
  • Fibre Channel: Fibre Channel to szybki protokół pamięci masowej, który ułatwia szybkie i niezawodne przesyłanie danych między serwerami i urządzeniami pamięci masowej.
  • Internet Small Computer Systems Interface (iSCSI): iSCSI umożliwia dostęp do pamięci masowej na poziomie bloków za pośrednictwem sieci IP, co czyni go przystępną cenowo i elastyczną alternatywą dla Fibre Channel.

Sieci SAN mają krytyczne znaczenie dla aplikacji wymagających szybkiego i wolnego od opóźnień dostępu do zasobów pamięci masowej.

Podsumowanie

Usługi sieciowe, opcje łączności i ramy architektoniczne stanowią podstawę nowoczesnej komunikacji i wymiany danych. DHCP upraszcza konfigurację sieci, DNS tłumaczy nazwy domen na adresy IP, a NTP zapewnia dokładną synchronizację czasu. Zrozumienie architektury sieci korporacyjnych i centrów danych, takich jak architektura trójwarstwowa oraz architektura kręgosłupa i liści, pomaga w projektowaniu skalowalnych i wydajnych sieci. Ponadto znajomość koncepcji chmury i opcji łączności umożliwia organizacjom podejmowanie świadomych decyzji dotyczących korzystania z usług w chmurze. Rozumiejąc te podstawowe pojęcia, administratorzy sieci mogą budować solidne i niezawodne infrastruktury sieciowe, które spełniają zmieniające się potrzeby firm.

Referencje