По вашему запросу ничего не найдено :(
Убедитесь, что запрос написан правильно, или посмотрите другие
наши статьи:
В инфраструктуре любого предприятия есть очень много требующих внимания деталей. Например, места для серверов, среды разработки, безопасность, стеки программного обеспечения, обновления программного обеспечения, обслуживание оборудования, что все затраты на обслуживание платформы, как правило, огромны. Компаниям, которые разрабатывают и развертывают приложения, необходимо выделить много ресурсов для поддержания работы платформы - ресурсов, которые в противном случае можно было бы использовать для разработки программного обеспечения.
Поэтому возникла необходимость в облачных платформах. Эти решения используют модель облачных вычислений, чтобы предоставить разработчикам все необходимое для выполнения их работы - от сред разработки на хостах и инструментов баз данных до полных возможностей управления приложениями. Разработчики, работающие в облачной платформе, имеют доступ ко всем ресурсам, необходимым для создания, развертывания и запуска программных приложений. Для больших компаний облачная платформа может обеспечить масштабируемую базу для новых приложений, которые необходимо предоставлять в короткие сроки. При использовании модели "плати по мере роста" нет необходимости в долгосрочных инвестициях в локальные платформы.
Почему "опенсорс"?
Теперь, когда мы заявили о преимуществах облачных вычислений перед традиционными платформами, следующий вопрос заключается в том, почему облачная платформа с открытым исходным кодом является лучшим вариантом, чем запатентованная облачные решения. Самый очевидный ответ - стоимость: лицензии на проприетарные решения всегда предполагают более затратные вложения. Еще одним важным преимуществом является гибкость и свобода выбора из самых разнообразных структур, облаков и услуг.
Платные платформы, с другой стороны, могут привязать вас к инструментам и услугам, которыми они владеют. В обмен они предлагают определенные преимущества, такие как соблюдение соглашения об уровне обслуживания (SLA) и освобождение от препятствий, таких как тестирование и интеграция, но эти преимущества едва ли перевешивают преимущества открытости.
Ниже представлен список облачных платформ с открытым исходным кодом для предприятий, которые сегодня пользуются популярностью на рынке.
Cloud Foundry
Созданный компанией VMWare затем приобретённый компанией Pivotal Software, Cloud Foundry отличается тем, что он доступен как автономное приложение с открытым исходным кодом, что делает его независимым от поставщика. Его можно развернуть в VMware vSphere или других облачных инфраструктурах, таких как HP Helion, Azure или AWS. Или даже можно самостоятельно разместить его на сервере OpenStack.
Благодаря использованию пакетов сборки Cloud Foundry упрощает поддержку среды выполнения и инфраструктуры. При каждой компиляции приложения Cloud Foundry Application Runtime выбирает наиболее удобный для него пакет сборки. Затем buildpack занимается компиляцией приложения и подготовкой его к запуску.
Cloud Foundry разработана для быстрой разработки и развертывания приложений с помощью высокомасштабируемой архитектуры и удобных для DevOps рабочих процессов. Эта технология наряду с другим языками так же, поддерживает языки, как Python, Ruby, PHP, Java и Go. Тем не менее, чтобы правильно вписаться в Cloud Foundry, рекомендуется, чтобы ваш проект соответствовал 12-факторному стандарту приложений - методологии, специально разработанной для разработки оптимальных приложений SaaS.
WSO2
Если часто работаете над сервис-ориентированной архитектурой (SOA), то скорее всего у вас есть большое количество внутренних и внешних API. Это тот сценарий, когда WSO2 в большей степени проявляет себя благодаря своему API-менеджеру, способному обрабатывать весь цикл API от начала до конца. WSO2 обеспечивает соответствие большинству требований, которые могут быть выдвинуты клиентами, включая управление версиями, документацию API и разгрузку SSL.
WSO2 использует концепцию магазина, в которой разработчики могут находить, пробовать и оценивать API. Развертывание является простым и простым, предоставляя множество опций для управления потоком API. Он также предоставляет функцию автоматического восстановления в случае приостановки работы конечной точки. Все эти качества направлены на сокращение времени вывода на рынок, упрощение управления затратами и, в целом, повышение гибкости бизнес-процессов.
Большим плюсом WSO2 API Manager является его простая интеграция с WSO2 Identity Server - решением IAM (Identity and access manager), управляемым API. Эта интеграция предлагает удобную платформу для аутентификации в облачных средах.
Cloudify
Cloudify - это фреймворк оркестрации, предназначенная для моделирования приложений и услуг при автоматизации их жизненных циклов. Фреймворк включает в себя возможность развертывания в любой облачной среде или центре обработки данных. Он также предлагает инструменты для мониторинга всех аспектов развернутых приложений, определения условий отказа и их решения вручную или автоматически.
Одной из наиболее заметных особенностей Cloudify является моделирование проекта на основе TOSCA. Это нововведение позволяет разработчикам использовать YAML для создания чертежей топологий приложения. YAML - считываемый человеком язык сериализации данных, используемый для написания определений на основе спецификации TOSCA, что даёт разработчикам стандартизированный способ описания взаимосвязей между приложениями, системами и компонентами облачной инфраструктуры.
Облачная оркестрация Cloudify обеспечивает прочную базу для управления ИТ и обеспечения безопасности, позволяя пользователям применять ограничения доступа с различными ролями и уровнями разрешений. Для общения с внешними сервисами, такими как контейнеры Kubernetes, облачные сервисы (AWS, Azure, vSphere, OpenStack) и инструменты управления конфигурацией (Pucket, Anulable, Chef), Cloudify использует свой набор официальных плагинов, в то время как многие другие сервисы работают с существующими плагинами.
OpenShift
OpenShift - платформа на базе Kubernetes, с гибким и очень быстрым установщиком и поддержкой большого числа API, что позволяет разработчикам расширять платформу, исходя из своих потребностей. Он построен с учетом безопасности, что иллюстрируется примером: контейнеры должны запускаться от имени обычных пользователей, и когда это не так, OpenShift требует явного переопределения для запуска контейнера.
Использование Kubernetes требует значительного количества серверов, и для его освоения требуется определенное обучение. Именно поэтому эта платформа не подходит для небольших проектов, если в ближайшем будущем она не превратится в более масштабный проект.
Пользователи OpenShift подчеркивают возможность его быстрой установки и настройки, а также простоту обслуживания модулей и надстроек. Еще один плюс - факт наличия собственного Git репозитория. В противовес этому имеется некая сложность в чтении и интерпретации логов. В частности, когда происходит сбой при загрузке проекта, трудно понять, где проблема.
Tsuru
Rede Globo, вторая по величине коммерческая телесеть во всем мире, запустила Tsuru как продукт на базе Docker PaaS (платформа как сервис), способный организовывать и запускать приложения в производственной среде. Это платформа с открытым исходным кодом, поддерживающая сайты с миллионами пользователей, разработанная компанией Globo.com.
Пользователи Tsuru утверждают, что это существенно улучшает время вывода на рынок, не отказываясь от простоты, высокой доступности, безопасности или стабильности. Его можно запускать на различных облачных инфраструктурах, будь то публичная или частная, при условии, что они поддерживаются Docker-машинами. Также он поддерживает практически все известные язык программирования, что даёт разработчикам свободу выбора в соответствии с их предпочтениями.
С помощью Tsuru можно использовать различные хранилища данных, включая базы данных SQL или NoSQL, или альтернативы в памяти, такие как Memcached или Redis. Чтобы управлять приложением, вы можете выбрать один из своих предпочтений и подключить его к приложению. Чтобы управлять приложением, вы можете выбрать между использованием командной строки или веб-интерфейсом, а затем развернуть через Git. Инфраструктура Tsuru займется всеми рутинными делами.
Stackato
Stackato - это полиглотный продукт PaaS, основанный на Cloud Foundry и Docker, который работает поверх облачной инфраструктуры и служит платформой для запуска приложений. Пользователи Stackato говорят, что он предоставляет гибкую и надежную платформу приложений, которая помогает повысить производительность как администраторов облачных вычислений, так и разработчиков. Он хорошо подходит для развертывания корпоративных облачных сред, сочетая гибкость непосредственного доступа к виртуальной машине в облачной инфраструктуре с автоматизированной конфигурацией, обеспечиваемой полнофункциональной системой PaaS. Среди поддерживаемых облачных инфраструктур можно показать HP Cloud Services, Citrix XenServer, AWS, OpenStack, VMware.
В Stackato у каждого приложения есть свой контейнер Linux (LXC), который гарантирует эффективное и безопасное совместное использование ресурсов. Его спектр услуг состоит из Helion Control Plane, который Stackato использует для связи с основным облаком и управления всем циклом услуг; Helion Service Manager - хранилище дополнительных служб, доступных для приложений; Helion Cloud Foundry - гибкая среда выполнения, предназначенная для упрощения хостинга и разработки приложений; Helion Code Engine, сервис непрерывной доставки, интегрированный с репозиториями Git, частными или публичными, и Helion Stackato Console, веб-интерфейс для управления всеми функциями Helion Cloud.
Alibaba
Хотя и сложно представить компанию Alibaba в числе облачных платформах с открытым исходным кодом и PaaS, бизнес Alibaba Cloud Computing растет быстрыми темпами. Она уже завоевала 50% китайского рынка облачных технологий, а также удачно обслуживает рынки за пределами Китая. Например, они начинают оказывать биллинговую поддержку в долларах США по 168 странам и разрабатывать услуги, специально предназначенные для зарубежных рынков.
Сервисы облачных платформ, включенные в предложение Alibaba, включают множество бесплатных функций, включая контейнерные сервисы для Docker и Kubernetes, Container Registry, Auto Scaling и DataWorks, защищенную среду для разработки данных в автономном режиме. Его службы хорошо задокументированы и предоставляют все необходимое, чтобы сразу начать перенос приложений в облако, в том числе много обучающих видеороликов. Следуя нескольким простым шагам и не инвестируя ни цента, Alibaba обеспечивает развертывание приложения в кратчайшие сроки.
Заключение
К счастью для всех разработчиков, облачные технологии становятся более доступными. Пару лет назад, конкурируя за контейнерные технологии (Docker, Kubernetes, Mesos, Nomad, ECS, назовем несколько) угрожали разделить рынок на изолированные отсеки, создавая значительные риски всякий раз, когда нужно было выбрать платформу. Но, несмотря на то, что в наши дни на выбор предоставляются все больше платформ, различия между сегодняшними вариантами с открытым исходным кодом заключаются только в деталях: разных схемах затрат, разных инструментах управления, разных подходах к безопасности. Другими словами, если выбирали одну облачную платформу с открытым исходным кодом и вас она не устраивает, легко можете перейти к другой, не обременяя себя расходами.
В зависимости от технической задачи вы можете выбрать платформу, которая лучше отвечает вашим потребностям и позволяет забыть о таких проблемах, как емкость сервера, промежуточное программное обеспечение, платформы, виртуальные машины, хранилища данных и т.д. После того, как вы освободитесь от всего этого, вы сможете вложить все свои ресурсы и все свое внимание в одно, что действительно важно для вас: как можно быстрее сделать доступным приложение пользователям.
В проводной сети любые два устройства, которые должны взаимодействовать друг с другом, соединяются проводом. В качестве провода может выступать медный или волоконно-оптический кабель. Функциональные возможности по передаче данных по проводу, ограничены физическими свойствами провода. Строгие требования к проводам Ethernet определены в стандарте IEEE 802.3, в котором описаны способы подключения устройств, способы отправки и получения данных по проводным соединениям.
Проводные сети имеют ограничения для передачи данных по каналам связи, что не способствует, успешной коммуникации. Качество передачи данных, их успешная доставка до получателя, очень сильно зависит от типа и размера провода, количества витков, межвиткового расстояния, и максимальной длины кабеля. Все эти требования должны соответствовать стандарту IEEE 802.3.
Проводная сеть является ограниченной по длине и количеству подключаемых устройств, а именно напрямую по проводу могут подключиться только два устройства.
К основным недостаткам проводных сетей так же относится стационарность сетевого оборудования и компьютеров. Это означает, что соединенные проводами устройства, не могут легко перемещаться по помещению. Все устройства привязаны к сетевым разъемам. В современном мире очень много стало мобильных устройств и поэтому нецелесообразно привязывать их к конкретной розетке или разъёму коммуникационного оборудования.
Понятие беспроводной сети следует из ее названия, то есть данная сеть устраняет необходимость в проводе. Первостепенным становится удобство и мобильность, давая пользователям свободу перемещения в любом направлении, оставаясь подключенными к сети. Пользователь может использовать любое беспроводное устройство, которое имеет возможность подключения к сети.
Передача данных в беспроводных сетях осуществляется "по воздуху" при отсутствии препятствий и помех. При использовании беспроводной среды передачи данных, для их качественной доставки необходимо учитывать две вещи:
Беспроводные устройства должны соответствовать единому стандарту (IEEE 802.11).
Беспроводное покрытие должно охватывать ту область, на которой планируется использование устройствами.
Топологии Wireless LAN
Беспроводная связь осуществляется "по воздуху" посредством радиосигналов. Предположим, что одно устройство, передатчик, посылает радиосигналы другому устройству, приемнику. Как показано на рисунке, связь между передатчиком и приемником осуществляется в любое время, если оба устройства настроены на одну и ту же частоту (или канал) и используют одну и ту же схему для передачи данных между ними. Все это выглядит просто, за исключением того, что на самом деле это не удобно и не практично.
Для эффективного использования беспроводной сети данные должны передаваться в обоих направлениях, как показано на рисунке. Для отправки данных с устройства А на устройство В, устройство В должно дождаться прихода данных к себе и когда канал освободится отправить на устройство А.
В беспроводной связи, при одновременной передаче данных, могут возникнуть помехи, т.е. передаваемые сигналы будут мешать друг другу. Чем больше беспроводных сетей, тем выше вероятность возникновения помех. Например, на рисунке изображены четыре устройства, работающие на одном и том же канале, и то, что может произойти, если часть из них или все одновременно начнут передавать данные.
Вышенаписанное сильно напоминает нам традиционную (некоммутируемую) локальную сеть Ethernet, где несколько хостов могут подключаться к общему ресурсу и совместно использовать канал передачи данных. Чтобы эффективно использовать общий ресурс, все хосты должны работать в полудуплексном режиме, во избежание столкновений с другими уже выполняемыми передачами. Побочным эффектом является то, что ни один хост не может передавать и принимать одновременно в общей среде.
Аналогичное происходит и в беспроводной сети. Так как несколько хостов могут совместно использовать один и тот же канал, они также совместно используют "эфирное время" или доступ к этому каналу в любой момент времени. Что бы избежать конфликтных ситуаций и создание помех, хосты должны передавать данные в определенный момент времени, ожидая освобождения канала. Для работы в беспроводных сетях все устройства должны соответствовать стандарту 802.11.
Важно понимать, что по умолчанию беспроводная среда не учитывает количество устройств и не контролирует устройства, которые могут передавать данные. Любое устройство, имеющее адаптер беспроводной сети, может в любой момент подключиться к беспроводной сети.
Как минимум, беспроводная сеть должна уметь определять, что каждое устройство, подключаемое к каналу передачи данных, поддерживает общий набор параметров. Кроме того, должен быть способ контроля устройств (и пользователей), которым разрешено использовать беспроводную среду и методы, используемые для обеспечения безопасности беспроводной передачи данных.
Базовый набор услуг (BSS)
Идея состоит в том, чтобы сделать каждую беспроводную зону обслуживания замкнутой для группы мобильных устройств, которая формируется вокруг фиксированного устройства. Прежде чем устройство сможет подключиться, оно должно объявить о своих возможностях, а затем получить разрешение на подключение. В стандарте 802.11 это называется базовым набором услуг (BSS, Basic Service Set). В центре каждого BSS находится беспроводная точка доступа (AP). AP работает в инфраструктурном режиме, что означает, что он предлагает услуги, необходимые для формирования инфраструктуры беспроводной сети. AP также устанавливает свой BSS по одному беспроводному каналу. AP и члены BSS должны использовать один и тот же канал для правильной связи.
Поскольку работа BSS зависит от точки доступа, то BSS ограничена областью, равной расстоянию, на которое может распространяться сигнал точки доступа. Это называется базовой зоной обслуживания (BSA) или ячейкой. На рисунке ячейка показана в виде окружности, в центре которой имеется точка доступа. Ячейки могут выглядеть по-разному:
зависит от устройств, подключенных к AP;
зависит от физического окружения, которое может повлиять на сигналы AP;
Точка доступа (АР) служит единственной точкой контакта для каждого устройства, которое хочет использовать BSS. Она объявляет о существовании BSS, чтобы устройства могли найти его и попытаться присоединиться. Для этого AP использует уникальный идентификатор BSS (BSSID), основанный на собственном MAC-адресе.
Кроме того, точка доступа присваивает беспроводной сети идентификатор набора услуг (SSID-текстовую строку, содержащую логическое имя). Представьте себе, что BSSID - это машинный код, который однозначно идентифицирует BSS (AP). А SSID - это символьная строка, задаваемая человеком, который идентифицирует беспроводную службу.
Членство в BSS называется ассоциацией. Беспроводное устройство должно отправить запрос на ассоциацию точке доступа, и точка доступа должна либо предоставить, либо отклонить запрос. При разрешении, устройство становится клиентом, или станцией 802.11 (STA) в BSS. И что же дальше? Пока клиент беспроводной сети остается подключенным к BSS, все данные, приходящие к нему и исходящие от клиента, проходят через точку доступа, как показано на рисунке. Используя BSSID в качестве адреса источника или назначения, фреймы данных можно ретранслировать в точку доступа или из нее.
На рисунке изображено движение трафика внутри BSS. BSS содержит четыре устройства, подключенные к точке доступа по беспроводному соединению. Идентификатор набора служб (SSID) носит название "Моя сеть". Базовый идентификатор набора услуг (BSSID) - это MAC-адрес точки доступа d4:20:6d:90:ad:20. Любой клиент, связанный с BSS, не может напрямую связаться с любым другим клиентом в BSS. Весь трафик проходит через точку доступа.
Почему же два клиента должны общаться именно через точку доступа, а не напрямую? Это связано с тем, что все подключения через точку доступа и BSS стабильны и контролируются.
Система распределения
Нужно учитывать то, что BSS имеет одну точку доступа AP и не имеет явного подключения к обычной сети Ethernet. В этом случае точка доступа и связанные с ней клиенты образуют автономную сеть. Но роль точки доступа не ограничивается только управлением BSS, рано или поздно появится необходимость взаимодействия беспроводных клиентов с другими устройствами, которые не являются членами BSS. К счастью, точка доступа имеет возможность подключаться к сети Ethernet, как по беспроводным каналам, так и по проводам. Стандарт 802.11 позволяет подключаться по проводам Ethernet и использовать их в качестве распределительной системы (DS) для беспроводной BSS (см. рис.6).
Вообще можно сказать, что точка доступа выступает в качестве моста между разнородными средами передачи данных (проводной и беспроводной). Проще говоря, точка доступа отвечает за сопоставление виртуальной локальной сети (VLAN) с SSID. На рисунке точка доступа сопоставляет VLAN 10 с беспроводной локальной сетью, используя SSID "Моя сеть". Клиенты, связанные с SSID "Моя сеть", будут, подключены к VLAN 10.
Рисунок иллюстрирует систему распределения, поддерживающую BSS. Система распределения состоит из коммутатора третьего уровня в сети VLAN 10. Данный коммутатор подключен к интернету с помощью кабеля. AP (точка доступа) подключается к коммутатору так же с помощью кабеля. Точка доступа формирует BSS (базовый набор услуг). Устройства, входящие в область BSS - это все устройства, подключенные по беспроводной связи к точке доступа. Идентификатор SSID "Моя сеть" и BSSID- d4:20:6d:90:ad:20.
Данный принцип подключения позволяет сопоставлять несколько VLAN с несколькими SSID. Для этого точка доступа должна быть соединена с коммутатором магистральным каналом. На рисунке 7 VLAN 10, 20 и 30 соединены с точкой доступа через распределительную систему (DS). Точка доступа использует тег 802.1Q для сопоставления номеров VLAN с соответствующими SSID. Например, VLAN 10 сопоставляется с SSID "Моя сеть", VLAN 20 сопоставляется с SSID "Чужая сеть" и VLAN 30 к SSID "Гости".
На рисунке показан процесс поддержки нескольких SSID одной точкой доступа:
Несмотря на то, что точка доступа поддерживает одновременно несколько логических беспроводных сетей, каждый из SSID работают в одной зоне (области). Причина в том, что точка доступа использует один и тот же передатчик, приемник, антенну и канал для каждого SSID. Однако это утверждение может ввести в некоторое заблуждение: несколько SSID могут создать иллюзию масштабируемости сети. Хоть и беспроводные клиенты могут быть распределены по разным SSDI, но все же они используют совместно одну точку доступа. А это в свою очередь приводит к "борьбе" за эфирное время на канале.
Расширенный набор услуг
Обычно одна точка доступа не может охватить всю зону (область), где могут находиться клиенты. Например, потребуется беспроводное покрытие на всем этаже торгового центра, гостиницы, больницы или другого крупного здания. Что бы покрыть большую площадь, которую может охватить одна ячейка точки доступа, просто необходимо добавить больше точек доступа и распределить их по этажу (этажам).
Когда точки доступа расположены в разных местах, все они могут быть связаны между собой коммутируемой инфраструктурой. В стандарте 802.11 эта возможность называется расширенным набором услуг (extended service set (ESS))
Расширенный набор услуг показан на рисунке.
Идея состоит в том, чтобы заставить несколько точек доступа взаимодействовать так, чтобы беспроводное подключение было не заметным для клиента. В идеале, любые SSID, определенные на одной точке доступа, так же должны быть определены на всех остальных точках доступа в ESS (Extended Service Set). В противном случае клиенту приходилось бы каждый раз переподключаться, как только бы он попадал в ячейку другой точки доступа.
Как видно из рисунка, что каждая ячейка имеет уникальный BSSID, но обе ячейки имеют общий SSID. Независимо от местоположения клиента в пределах ESS, SSID останется тем же самым, но клиент всегда может отличить одну точку доступа от другой.
На рисунке показан принцип работы расширенного набора услуг. Коммутатор (VLAN 10) подключен к интернету по кабелю. Две точки доступа подключены к этому коммутатору так же проводами. Эти точки располагаются рядом так, что области их действия пересекаются. BSS двух точек доступа, объединены, и образуют расширенный набор услуг (ESS). AP-1 имеет BSSID d4:20:6d:90:ad:20, а её базовый набор услуг-BSS-1. Точка доступа подключена к клиенту по беспроводной сети. AP2 имеет BSSID e6:22:47:af:c3:70, а её базовый набор услуг-BSS-2. Точка доступа подключена к клиенту по беспроводной сети. SSID обоих BSS - это "Моя сеть". Переход клиента от одной точки доступа к другой называется роумингом.
В ESS беспроводной клиент может связываться с одной точкой доступа, пока он физически расположен рядом с этой точкой. При перемещении клиента в другое место, он автоматически подключается к ближайшей точке доступа. Переход от одной точки доступа к другой называется роумингом. Имейте в виду, что каждая точка предлагает свой собственный BSS на своем собственном канале, чтобы предотвратить помехи между точками доступа. Так как беспроводное устройство (клиентское) может перемещаться от одной точки доступа к другой, оно должно уметь сканировать доступные каналы, чтобы найти новую точку доступа (и BSS) для переподключения. Фактически клиент перемещается от BSS к BSS и от канала к каналу.
Независимый базовый набор услуг
Обычно беспроводная сеть использует точку доступа для организации, контроля и масштабируемости. Иногда это невозможно или неудобно в различных ситуациях. Например, два человека, которые хотят обменяться электронными документами на встрече, могут не найти доступную BSS или не смогут пройти аутентификацию в сети. Кроме того, многие принтеры могут печатать документы по беспроводной сети, не полагаясь на обычный BSS или точку доступа.
Стандарт 802.11 позволяет двум или более беспроводным клиентам напрямую связываться друг с другом, без каких-либо посредников сетевого подключения. Это называется специальной беспроводной сетью (ad hoc) или независимым базовым набором услуг (IBSS), как показано на рисунке. Чтобы это работало, одно из устройств должно стать главным и разослать в эфир свое сетевое имя, необходимые параметры беспроводного подключения, так же как это сделала бы точка доступа. Любое другое устройство может затем присоединиться по мере необходимости. IBSS предназначены для организации небольшой беспроводной сети для восьми - десяти устройств. Эта сеть не масштабируема.
Возможно, вы уже слышали о термине "wirespeed" раньше. Это то, что отдел маркетинга любит использовать, когда речь заходит о продаже сетевого оборудования. Это означает, что пакеты могут быть переданы без какой-либо заметной задержки. Кстати, для остальной части этой статьи слова "многоуровневый коммутатор" и "маршрутизатор" - это одно и то же. Все, что я объясняю о многоуровневых коммутаторах отныне, также относится и к маршрутизаторам. Давайте посмотрим на разницу между коммутаторами 2уровня и многоуровневыми коммутаторами с точки зрения коммутации:
Вы знаете, что коммутаторы 2 уровня будут переключать только кадры Ethernet в пределах VLAN, и, если мы хотим, мы можем фильтровать трафик на основе уровня 2 (например, с защитой портов). Многоуровневый коммутатор может делать то же самое, но он также способен маршрутизировать между VLAN и фильтровать на уровне 3 или 4 с помощью списков доступа.
Переадресация на уровне 2 основана на конечном MAC-адресе. Наш коммутатор изучает исходные MAC-адреса на входящих кадрах и строит таблицу MAC-адресов. Всякий раз, когда фрейм Ethernet входит в один из наших интерфейсов, мы проверяем таблицу MAC-адресов, чтобы найти конечный MAC-адрес, и отправляем его в правильный интерфейс.
Переадресация на уровне 3 основана на IP-адресе назначения. Переадресация происходит, когда коммутатор получает IP-пакет, где исходный IP-адрес находится в другой подсети, чем конечный IP-адрес.
Когда наш многоуровневый коммутатор получает IP пакет со своим собственным MAC адресом в качестве назначения в заголовке Ethernet есть две возможности:
Если конечный IP-адрес является адресом, настроенным многоуровневом коммутаторе, то IP-пакет был предназначен для этого коммутатора.
Если конечный IP-адрес - это адрес, который не настроен на многоуровневом коммутаторе, то мы должны действовать как шлюз и "маршрутизировать" пакет. Это означает, что нам придется сделать поиск в таблице маршрутизации, чтобы проверить наличие самого полного совпадения. Кроме того, мы должны проверить, разрешен ли IP-пакет, если вы настроили ACL.
В те не далекие времена коммутация производилась на аппаратной скорости, а маршрутизация-на программной. В настоящее время как коммутация, так и маршрутизация выполняются на аппаратной скорости. В оставшейся части этой статьи вы узнаете почему.
Давайте рассмотрим разницу между обработкой кадров Ethernet и IP-пакетов:
Жизнь коммутатора уровня 2 проста
Коммутатор проверит контрольную сумму кадра Ethernet, чтобы убедиться, что он не поврежден или не изменен.
Коммутатор получает кадр Ethernet и добавляет исходный MAC-адрес в таблицу MAC-адресов.
Коммутатор направляет кадр Ethernet к правильному интерфейсу, если он знает конечный MAC-адрес. Если нет,то он будет отброшен (помечен как flood).
Там нет никакого изменения кадра Ethernet!
Теперь давайте посмотрим, что происходит, когда получает IP-пакет многоуровневый коммутатор:
В приведенном выше примере компьютер А посылает IP-пакет к компьютеру В. Обратите внимание, что они находятся в разных подсетях, поэтому нам придется его маршрутизировать. Когда наш многоуровневый коммутатор получит IP-пакет, вот что произойдет:
Коммутатор проверит контрольную сумму кадра Ethernet, чтобы убедиться, что он не поврежден или не изменен.
Коммутатор проверит контрольную сумму IP-пакета, чтобы убедиться, что он не поврежден или не изменен.
Многоуровневый коммутатор проверит таблицу маршрутизации, заметит, что 192.168.20 /24 напрямую подключен, и произойдет следующее:
Проверит таблицу ARP, чтобы увидеть, есть ли сопоставление уровня 2-3 для компьютера B. Если нет сопоставления, многоуровневый коммутатор отправит запрос ARP.
Конечный MAC-адрес изменится с FFF (многоуровневый коммутатор Fa0 / 1) на BBB (компьютер B).
Исходный MAC-адрес изменится с AAA (компьютер A) на GGG (многоуровневый коммутатор Fa0/2).
Поле TTL (time to live) в IP-пакете уменьшится на 1, и из-за этого контрольная сумма IP-заголовка будет пересчитана.
Контрольная сумма фрейма Ethernet должна быть пересчитана заново.
Фрейм Ethernet, несущий IP-пакет, будет отправлен из интерфейса к компьютеру B.
Как вы можете видеть, имеется довольно много шагов, связанных с маршрутизацией IP-пакетов.
Когда мы рассматриваем многоуровневый коммутатор возникает "разделение обязанностей". Мы должны построить таблицу для MAC-адресов, заполнить таблицу маршрутизации, ARP-запросы, проверить, соответствует ли IP-пакет списку доступа и т. д. И нам нужно переслать наши IP-пакеты. Эти задачи разделены между "плоскостью управления" и "плоскостью данных". Ниже приведен пример:
Плоскость управления отвечает за обмен информацией о маршрутизации с использованием протоколов маршрутизации, построение таблицы маршрутизации и таблицы ARP. Плоскость данных отвечает за фактическую пересылку IP-пакетов. Таблица маршрутизации не очень подходит для быстрой переадресации, потому что мы имеем дело с рекурсивной маршрутизацией.
Что такое рекурсивная маршрутизация?
Давайте рассмотрим пример:
В приведенном выше примере у нас есть три маршрутизатора. У R3 есть loopback интерфейс, к которому мы хотим получить доступ из R1. Будем использовать статические маршруты для достижения поставленной цели:
R1(config)#ip route 3.3.3.0 255.255.255.0 192.168.23.3
R1(config)#ip route 192.168.23.0 255.255.255.0 192.168.12.2
Первый статический маршрут предназначен для достижения интерфейса loopback0 R3 и указывает на интерфейс FastEthernet0/0 R3. Второй статический маршрут необходим для достижения сети 192.168.23.0/24.
Всякий раз, когда R1 хочет достичь 3.3.3.0/ 24, мы должны выполнить 3 поиска:
Первый поиск должен проверить запись для 3.3.3.0/24. Он должен быть там и должен быть IP-адрес следующего прыжка-192.168.23.3
Второй поиск относится к 192.168.23.3. Есть запись, и IP-адрес следующего прыжка - 192.168.12.2.
Третий и последний поиск относится к 192.168.12.2. Там имеется вход, и он напрямую подключен.
R1 должен проверить таблицу маршрутизации 3 раза, прежде чем он будет знать, куда отправлять свой трафик. Звучит не очень эффективно, верно? Выполнение нескольких поисков для достижения определенной сети называется рекурсивной маршрутизацией.
Большую часть времени все входящие и исходящие IP-пакеты будут обрабатываться и пересылаться плоскостью данных, но есть некоторые исключения, давайте сначала рассмотрим картинку ниже:
Большая часть IP-пакетов может быть передана плоскостью данных. Однако есть некоторые "специальные" IP-пакеты, которые не могут быть переданы плоскостью данных немедленно, и они отправляются на плоскость управления, вот некоторые примеры:
IP-пакеты, предназначенные для одного из IP-адресов многоуровневый коммутатора.
Трафик протокола маршрутизации, такой как OSPF, EIGRP или BGP.
IP-пакеты, которые имеют некоторые параметры, заданные в IP-заголовке.
IP-пакеты с истекшим сроком действия TTL
Плоскость управления может пересылать исходящие IP-пакеты на плоскость данных или использовать свой собственный механизм пересылки для определения исходящего интерфейса и следующего IP-адреса прыжка. Примером этого является маршрутизация на основе локальной политики.
Наш многоуровневый коммутатор выполняет больше шагов для пересылки пакетов, чем коммутаторы уровня 2, поэтому теоретически он должен работать медленнее, верно?
Одна из причин, по которой многоуровневые коммутаторы могут передавать кадры и пакеты на wirespeed, заключается в том, что в плате данных используется специальное оборудование, называемое ASICs.
Такая информация, как MAC-адреса, таблица маршрутизации или списки доступа, хранится в этих ASIC. Таблицы хранятся в content-addressable memory (Cam) и ternary content addressable memory (TCAM).
Таблица CAM используется для хранения информации уровня 2, например:
Исходный MAC-адрес.
Интерфейс, на котором мы узнали MAC-адрес.
К какой VLAN относится MAC-адрес.
Поиск таблицы происходит быстро! Всякий раз, когда коммутатор получает кадр Ethernet, он будет использовать алгоритм хэширования для создания "ключа" для целевого MAC-адреса + VLAN, и он будет сравнивать этот хэш с уже хэшированной информацией в таблице CAM. Таким образом, он может быстро искать информацию в таблице CAM.
Таблица TCAM используется для хранения информации "более высокого уровня", например:
Списки доступа.
Информацию о качестве обслуживания.
Таблицу маршрутизации.
Таблица TCAM может соответствовать 3 различным значениям:
0 = не просматривать.
1 = сравнивать
X = любое приемлемое значение.
Полезно для поиска, когда нам не нужно точное совпадение. (таблица маршрутизации или ACL, например).
Поскольку существует 3 значения, мы называем его троичным. Так почему же существует 2 типа таблиц?
Когда мы ищем MAC-адрес, нам всегда требуется точное совпадение. Нам нужен точный MAC-адрес, если мы хотим переслать кадр Ethernet. Таблица MAC-адресов хранится в таблице CAM.
Всякий раз, когда нам нужно сопоставить IP-пакет с таблицей маршрутизации или списком доступа, нам не всегда нужно точное соответствие. Например, IP-пакет с адресом назначения 192.168.20.44 будет соответствовать:
192.168.20.44 /32
192.168.20.0 /24
192.168.0.0 /16
По этой причине такая информация, как таблица маршрутизации, хранится в таблице TCAM. Мы можем решить, должны ли совпадать все или некоторые биты.
Пример таблицы TCAM
Если мы хотим сопоставить IP-адрес 192.168.10.22, многоуровневый коммутатор сначала посмотрит, есть ли "самое полное совпадение". Там ничего нет, что соответствовало бы полностью 192.168.10.22/32, поэтому мы продолжим сравнение на не полное соответствие. В этом случае есть запись, которая соответствует 192.168.10.0/24. Приведенный выше пример относится к поиску таблиц маршрутизации, спискам доступа, а также к качеству обслуживания, спискам доступа VLAN и многим другим.
Теперь вы знаете все шаги, которые должен выполнять многоуровневый коммутатор, когда он должен пересылать IP-пакеты, плоскость управления/данных и, что мы используем разные таблицы, хранящиеся в специальном оборудовании, называемом ASIC. Давайте подробнее рассмотрим фактическую "пересылку" IP-пакетов.
Существуют различные методы коммутации для пересылки IP-пакетов. Вот различные варианты коммутации:
Процессорная коммутация:
Все пакеты проверяются процессором, и все решения о пересылке принимаются в программном обеспечении...очень медленно!
Быстрая коммутация (также известное как кеширование маршрутов):
Первый пакет в потоке проверяется процессором; решение о пересылке кэшируется аппаратно для следующих пакетов в том же потоке. Это более быстрый метод.
(CEF) Cisco Express Forwarding (также известный как переключение на основе топологии):
Таблица пересылки, созданная в аппаратном обеспечении заранее. Все пакеты будут коммутироваться с использованием оборудования. Это самый быстрый метод, но есть некоторые ограничения. Многоуровневые коммутаторы и маршрутизаторы используют CEF.
При использовании процессорной коммутации маршрутизатор удалит заголовок каждого кадра Ethernet, ищет IP-адрес назначения в таблице маршрутизации для каждого IP-пакета, а затем пересылает кадр Ethernet с переписанными MAC-адресами и CRC на исходящий интерфейс. Все делается в программном обеспечении, так что это очень трудоемкий процесс.
Быстрая коммутация более эффективна, потому что она будет искать первый IP-пакет, но будет хранить решение о переадресации в кэше быстрой коммутации. Когда маршрутизаторы получают кадры Ethernet, несущие IP-пакеты в том же потоке, он может использовать информацию в кэше, чтобы переслать их к правильному исходящему интерфейсу.
По умолчанию для маршрутизаторов используется CEF (Cisco Express Forwarding):