По вашему запросу ничего не найдено :(
Убедитесь, что запрос написан правильно, или посмотрите другие наши статьи:
img
NoSQL СУБД, или нереляционные базы данных, обладают уникальными возможностями, которые компенсируют ограничения моделей реляционных баз. Нереляционные СУБД – это общее название для 4 основных подгрупп: базы данных типа «ключ-значение» колоночные базы данных графовые базы данных документные базы данных В этой статье мы расскажем о том, что такое документная база данных, опишем ее плюсы и минусы, а также рассмотрим примеры. Документная база данных Документная (или документоориентированная) база данных – это тип нереляционных СУБД, который хранит данные не в столбцах и строках, а в виде документов JSON. JSON является нативным языком, используемым для хранения и запросов данных. Такие документы можно сгруппировать в коллекции, которые образуют системы баз данных. Каждый документ состоит из нескольких пар «ключ-значение». Ниже приведен пример документа из 4 пар «ключ-значение»: { "ID" : "001", "Book" : "Java: The Complete Reference", "Genre" : "Reference work", "Author" : "Herbert Schildt", } JSON позволяет разработчикам приложений хранить и запрашивать данные в том же формате документной модели, который используется ими для структурирования кода приложений. Объектную модель можно преобразовать в такие форматы, как JSON, BSON и XML. Сравнение реляционной и документной базы данных Реляционная система управления базами данных (РСУБД) основана на языке структурированных запросов (SQL). Для нереляционных баз они не нужны. РСУБД занимается созданием связей между файлами для хранения и считывания данных. Документные базы данных ориентированы на сами данные, а связи между ними представлены в виде вложенных данных. Ключевое сравнение реляционных и документных баз данных: РСУБД   Система документных баз данных Выстроена вокруг концепции о связях Сосредоточена на данных, а не связях Структурирует данные в кортежи (или строки) Вместо строк в документах имеются свойства без теоретических определений. Определяет данные (образует связи) через ограничения и внешние ключи (например, дочерняя таблица ссылается на основную таблицу через ее идентификатор). Для определения схем не нужен язык DDL. Для создания связей использует язык DDL (язык описания данных). Вместо внешних ключей связи реализованы через вложенные данные (в одном документе могут содержаться другие, вложенные в него, документы, из-за чего между двумя сущностями документов формируется связь 1 ко многим (или многие к одному)). Обеспечивает исключительную согласованность. В некоторых случаях она просто необходима (например, ежедневные банковские операции). Обеспечивает согласованность в конечном счете (с периодом несогласованности). Особенности документной базы данных Документные базы данных обеспечивают быстрые запросы, структуру, которая отлично подходит для обработки больших данных, гибкое индексирование и упрощенный принцип поддержания баз данных. Такая СУБД эффективна для веб-приложений и была полностью интегрирована крупными ИТ-компаниями уровня Amazon. Несмотря на то, что базы данных SQL могут похвастаться отличной стабильность и вертикальной структурой, им свойственна «тяжеловесность» данных. В сценариях использования, когда требуется моментальный доступ к данным (например, медицинские приложения), лучше выбирать документные базы данных. Так вы сможете легко запрашивать данные в той же модели документа, в которой писался код приложения. Примеры использования документной базы данных База данных «Книга» Для создания баз данных «Книга» используются как реляционные, так и нереляционные СУБД, хотя и по-разному. В реляционных СУБД связи между книгами и авторами выражаются через таблицы с идентификаторами ID: таблица Author (Автор) и таблица Books (Книги). Данная модель не допускает пустых значений, поэтому за каждым «Автором» должна быть закреплена как минимум одна запись в таблице «Книги». В документной модели вы можете вкладывать данные. Такая модель показывает взаимосвязи проще и естественнее: в каждом документе с авторами есть свойство Books с массивом связанных документов «Книги». При поиске по автору отображается вся коллекция книг. Управление содержимым Разработчики пользуются документными базами данных для создания блогов, платформ с потоковыми видео и аналогичных сервисов. Каждый файл сохраняется в виде отдельного документа, и со временем, по мере разрастания сервиса, такую базу легче поддерживать. На значимые изменения в данных (как, например, изменения модели данных) не требуется простоя, поскольку им не нужно обновление схемы. Каталоги Когда дело касается хранения и чтения файлов каталога, документные базы данных оказываются в разы эффективнее реляционных СУБД. В каталогах могут храниться тысячи атрибутов, а документная база данных обеспечивает их быстрое считывание. В документных базах данных атрибуты, связанные с одним продуктом, хранятся в одном документе. Изменение атрибутов в одном из продуктов не влияет на другие документы. Плюсы и минусы документной базы данных Ниже представлены главные плюсы и минусы документной базы данных: Плюсы документной БД Минусы документной БД  Отсутствие схемы Ограничения по проверке на согласованность Быстрое создание и обслуживание Проблемы с атомарностью Отсутствие внешних ключей Безопасность Открытые форматы Встроенное управление версиями Плюсы Отсутствие схемы. Нет ограничений по формату и структуре хранилищ данных. Это хорошо для сохранения существующих данных в больших объемах и разных структурных состояниях, особенно в непрерывно преобразующихся системах. Быстрое создание и обслуживание. Как только вы создали документ, ему требуется лишь минимальная поддержка – она может оказаться не сложнее разового добавления вашего сложного объекта. Отсутствие внешних ключей. Когда эта динамика связей отсутствует, документы становятся независимыми друг от друга. Открытые форматы. Чистый процесс сборки, в котором для описания документов используется XML, JSON и другие производные. Встроенное управление версиями. По мере того, как увеличивает размер ваших документов, повышается и их сложность. Управление версиями уменьшает количество конфликтов. Минусы Ограничения по проверке на согласованность. В примере с базой данных «Книга» можно искать книги по несуществующему автору. При поиске по коллекциям книг вы можете находить документы, не связанные с коллекцией авторов. Кроме того, в каждом списке для каждой книги может дублироваться информация об авторе. В некоторых случаях такая несогласованность не особо важна. Но при более высоких стандартах непротиворечивости РСУБД несогласованность серьезно снижает производительность баз данных. Проблемы с атомарностью. Реляционные системы позволяют изменять данные из одного места без использования JOIN. Все новые запросы на чтение унаследуют изменения, внесенные в данные по одной команде (например, обновление или удаление строки). Для документных баз данных изменение, затрагивающее 2 коллекции, выполняется через 2 отдельных запроса (по одному на коллекцию). Это нарушает требования к атомарности. Безопасность. Почти в половине современных веб-приложений отмечается активная утечка конфиденциальных данных. Поэтому владельцам нереляционных баз данных следует быть крайне внимательными к уязвимостям веб-приложения. Лучшие документные базы данных Amazon DocumentDB Особенности: совместимость с MongoDB; полная управляемость; высокая производительность с низкой задержкой запросов; строгое соответствие требованиям и безопасность; высокая доступность. Как используется: Вся команда разработки Amazon пользуется Amazon DocumentDB для повышения оперативности и продуктивности. Им нужны были вложенные индексы, агрегирование, ad-hoc запросы (запросы узкой специализации), а также полностью управляемый процесс. BBC использует документные БД для запросов и хранения данных из нескольких потоков данных с компиляцией их в единый канал для клиентов. Они перешли на Amazon DocumentDB, чтобы получить полностью управляемы сервис с высокой доступностью, прочностью и резервным копированием по умолчанию. Rappi выбрали Amazon DocumentDB для сокращения времени на написание кода, Dow Jones – для упрощения операций, а Samsung – для более гибкой обработки больших журналов. MongoDB Особенности: ad-hoc запросы; оптимизированное индексирование для запросов; сегментирование; балансировка нагрузки. Как используется: Forbes сократил время компоновки на 58%, получив прирост в 28% по количеству подписок, за счет более быстрого создания новых функций, более простого объединения и более качественной обработки разнообразных типов данных. Toyota заметила, что разработчикам было проще работать с документными БД на больших скоростях за счет использования нативных JSON-документов. Больше времени тратилось на создание ценности бизнеса, а не на моделирование данных. Cosmos DB Особенности: быстрое чтение в любом масштабе; 99,999% доступность; полная управляемость; NoSQL/Native Core API; бессерверное, экономичное/мгновенное масштабирование. Как используется: Coca-Cola получает информацию за минуты, что способствует глобальному масштабированию. До перехода на Cosmos DB на это уходили часы. ASOS искали распределенную базу данных, которая легко и гибко масштабируется для обслуживания 100+ миллионов розничных клиентов по всему миру. ArangoDB Особенности: валидации схем; разноплановое индексирование; быстрые распределенные кластеры; эффективность с большими наборами данных; поддержка многих нереляционных моделей данных; объединение моделей в единые запросы. Как используется: Оксфордский университет разработал онлайн-тестирование на сердечно-легочные заболевания, благодаря чему снизил посещаемость больниц и усовершенствовал результаты анализов. FlightStats привел к единому стандарту разрозненную информацию о полетах (статус рейса, погодные условия, задержки в аэропорту, справочные данные), что позволило получить точные, прогнозирующие и аналитические результаты. Couchbase Server Особенность: возможность управления глобальными развертываниями; крайняя гибкость и адаптивность; быстрота в крупных масштабах; простые облачные интеграции. Как используется: BT использовал гибкую модель данных Couchbase для ускорения собственных возможностей по высокопроизводительной поставке контента, а также легкого масштабирования в моменты резкого повышения спроса. eBay перешел от Oracle к более экономичному и функциональному решению (их документной системы/хранилища типа «ключ-значение»). Возросла доступность и производительность приложения, а разработчики могли пользоваться своим опытом в SQL для ускорения пайплайна CI/CD (конвейера сборки) через более гибкую схему. CouchDB Особенности: графический интерфейс на базе браузера; простейшие репликации; аутентификация пользователя; свойства ACID (Атомарность – Согласованность – Изолированность – Прочность). Как используется: Meebo (соцсеть) пользуется CouchDB для веб-интерфейса и его приложений. The BBC выбрал CouchDB за платформы динамического контента Как выбрать? Структуру данных определяют важнейшие требования, предъявляемые к приложению. Вот несколько ключевых вопросов: Вы будете больше читать или записывать? В случае, если вы чаще записываете данные, лучше подойдут реляционные системы, поскольку они позволяют избегать задвоений при обновлениях. Насколько важна синхронизация? Благодаря стандартам ACID, реляционные системы справляются с этой задачей лучше. Насколько сильно потребуется изменять вашу схему базы данных в будущем? Документные БД – это беспроигрышный вариант, если вы работаете с разнообразными данными в масштабе и ищете минимальной поддержки. Нельзя сказать, что документная СУБД или SQL база лучше во всем. Правильный выбор зависит от вашего сценария использования. Принимая решение, подумайте, какие типы операций будут выполняться чаще всего. Заключение В данной статье мы объяснили особенности документной базы данных, поговорили о плюсах и минусах системы, а также рассмотрели сценарии использования. Кроме того, был приведен список лучших документных СУБД и рассказано, как компании из рейтинга Forbes 500 пользуются этими системами для повышения эффективности своей деятельности и процессов разработки.
img
Это первая статья цикла. Продолжение: 2 часть Плоскость данных Начнем с того, что основная задача сети-перенос данных с одного подключенного хоста на другой. Это может показаться простым на первый взгляд, но на самом деле это чревато проблемами. Здесь может быть полезна иллюстрация; рисунок № 1 используется для иллюстрации сложности проблемы. Начиная с верхнего левого угла иллюстрации: Приложение генерирует некоторые данные. Эти данные должны быть отформатированы таким образом, чтобы принимающее приложение могло понять, что было передано, - данные должны быть упорядочены. Механизм, используемый для упорядочения данных, должен быть эффективным во многих отношениях, включая быстрое и простое кодирование, быстрое и простое декодирование, достаточно гибкий, чтобы можно было вносить изменения в кодирование, не нарушая слишком много вещей, и добавлять наименьшее количество накладных расходов, возможных во время передача данных. Сетевое программное обеспечение должно инкапсулировать данные и подготовить их к фактической передаче. Каким-то образом сетевое программное обеспечение должно знать адрес хоста назначения. Сеть, которая соединяет источник и пункт назначения, является общим ресурсом, и, следовательно, должна быть доступна некоторая форма мультиплексирования, чтобы источник мог направлять информацию в правильный пункт назначения. Как правило, это будет связано с определенной формой адресации. Данные должны быть перемещены из памяти в источнике и непосредственно в сеть - фактический провод (или оптический кабель, или беспроводное соединение), который будет передавать информацию между устройствами, подключенными к сети. Сетевые устройства должны иметь какой-то способ обнаружить конечный пункт назначения информации - вторую форму проблемы мультиплексирования - и определить, требуется ли какая-либо другая обработка информации, когда она находится в пути между источником и пунктом назначения. Информация, прошедшая через сетевое устройство, должна быть снова закодирована и перенесена из памяти в провод. В любой точке, где информация перемещается из памяти в какую-либо форму физического носителя, информация должна быть поставлена в очередь; часто бывает больше данных для передачи, чем может быть помещено на любой конкретный физический носитель в любой момент времени. Здесь в игру вступает качество услуг. Информация, передаваемая по сети, теперь должна быть скопирована с физического носителя и обратно в память. Он должен быть проверен на наличие ошибок - это контроль ошибок - и у приемника должен быть какой-то способ сообщить передатчику, что ему не хватает памяти для хранения входящей информации - это контроль потока. Особый интерес представляет сетевое устройство в середине диаграммы. Сетевое устройство-например, маршрутизатор, коммутатор или middle box—соединяет два физических носителя вместе для построения реальной сети. Возможно, самый простой вопрос для начала заключается в следующем: зачем вообще нужны эти устройства? Маршрутизаторы и коммутаторы — это, очевидно, сложные устройства со своей собственной внутренней архитектурой и зачем добавлять эту сложность в сеть? Есть две фундаментальные причины. Первоначальная причина создания этих устройств заключалась в соединении различных видов физических носителей вместе. Например, внутри здания может быть практично работать ARCnet или thicknet Ethernet (приведены примеры из времени, когда были впервые изобретены сетевые устройства). Расстояние, которое эти носители могли преодолеть, однако, очень мало-порядка сотни метров. Каким-то образом эти сети должны быть расширены между зданиями, между кампусами, между городами и, в конечном счете, между континентами, используя своего рода мультиплексированную (или обратную мультиплексированную) телефонную сеть, такую как T1 или DS3. Эти два различных типа носителей используют различные виды сигналов; должно быть какое-то устройство, которое переводит один вид сигналов в другой. Вторая причина заключается в следующем — это масштаб и это стало проблемой. Природа физического мира такова, что у вас есть два варианта, когда дело доходит до передачи данных по проводу: Провод может соединять напрямую два компьютера; в этом случае каждая пара компьютеров должна быть физически соединена с каждым другим компьютером, с которым она должна взаимодействовать. Провод может быть общим для многих компьютеров (провод может быть общим носителем информации). Чтобы решить проблему первым способом, нужно много проводов. Решение проблемы вторым способом кажется очевидным решением, но оно представляет другой набор проблем - в частности, как пропускная способность, доступная по проводам, распределяется между всеми устройствами? В какой-то момент, если на одном общем носителе достаточно устройств, любая схема, используемая для обеспечения совместного использования ресурсов, сама по себе будет потреблять столько же или больше пропускной способности, как любое отдельное устройство, подключенное к проводу. В какой-то момент даже 100-гигабайтное соединение, разделенное между достаточным количеством хостов, оставляет каждому отдельному хосту очень мало доступных ресурсов. Решением этой ситуации является сетевое устройство - маршрутизатор или коммутатор, который разделяет два общих носителя, передавая трафик между ними только по мере необходимости. При некотором логическом планировании устройства, которые должны чаще общаться друг с другом, можно размещать ближе друг к другу (с точки зрения топологии сети), сохраняя пропускную способность в других местах. Конечно, маршрутизация и коммутация вышли далеко за рамки этих скромных начинаний, но это основные проблемы, которые системные администраторы решают, внедряя сетевые устройства в сети. Есть и другие сложные проблемы, которые необходимо решить в этом пространстве, помимо простого переноса информации из источника в пункт назначения; Во многих случаях полезно иметь возможность виртуализировать сеть, что обычно означает создание туннеля между двумя устройствами в сети. Сети всегда создавались для одной цели: передачи информации от одной подключенной системы к другой. Дискуссия (или, возможно, спор) о наилучшем способе выполнения этой, казалось бы, простой задачи длилась долго. Эту дискуссию можно грубо разбить на несколько, часто пересекающихся, этапов, каждый из которых задавал свой вопрос: Должны ли сети быть с коммутацией каналов или с коммутацией пакетов? Должны ли сети с коммутацией пакетов использовать кадры фиксированного или переменного размера? Как лучше всего рассчитать набор кратчайших путей через сеть? Как сети с коммутацией пакетов должны взаимодействовать с качеством обслуживания (QoS)? Должна ли плоскость управления быть централизованной или децентрализованной? На некоторые из этих вопросов давным-давно был дан ответ. С другой стороны, некоторые из этих вопросов все еще актуальны, особенно последний. Коммутация каналов Первое большое обсуждение в мире компьютерных сетей было то, должны ли сети быть с коммутацией каналов или с коммутацией пакетов. Основное различие между этими двумя понятиями заключается в концепции схемы: нужно ли передатчику и приемнику «видеть» сеть как один провод или соединение, предварительно сконфигурированное (или настроенное) с определенным набором свойств прежде чем они начнут общаться? Или они «видят» сеть как общий ресурс, где информация просто генерируется и передается «по желанию»? Первый считается с коммутацией каналов, а второй считается с коммутацией пакетов. Коммутация каналов имеет тенденцию обеспечивать больший поток трафика и гарантии доставки, в то время как коммутация пакетов обеспечивает доставку данных при гораздо меньших затратах - первый из многих компромиссов, с которыми вы столкнетесь при проектировании сетей. Рисунок 2 будет использован для иллюстрации коммутации каналов с использованием мультиплексирования с временным разделением (TDM) в качестве примера. На рисунке 2 общая пропускная способность каналов между любыми двумя устройствами разделена на восемь равных частей; A отправляет данные E, используя временной интервал A1 и F, используя временной интервал A2; B отправляет данные в E с использованием временных интервалов B1 и F с использованием временных интервалов B2. Каждый фрагмент информации имеет фиксированную длину, поэтому каждый из них может быть помещен в один временной интервал в текущем потоке данных (следовательно, каждый блок данных представляет фиксированное количество времени или интервала в проводе). Предположим, что где-то есть контроллер, назначающий слот в каждом из сегментов, через которые будет проходить трафик: Для трафика [A, E]: На C: слот 1 от A переключен на слот 1 в направлении D На D: слот 1 от C переключен на слот 1 в направлении E Для трафика [A, F]: На C: слот 4 от A переключен на слот 4 в направлении D На D: слот 4 от C переключен на слот 3 в направлении F Для трафика [B, E]: На C: слот 4 от B переключен на слот 7 в направлении D На D: слот 7 от C переключен на слот 4 в направлении E Для трафика [B, F]: На C: слот 2 от B переключен на слот 2 в направлении D На D: слот 2 от C переключен на слот 1 в направлении F Ни одно из устройств обработки пакетов в сети не должно знать, какой бит данных идет куда; до тех пор, пока C берет все, что находится в слоте 1 в потоке данных A в каждом временном интервале, и копирует его в слот 1 в своем исходящем потоке в направлении D, А D копирует его из слота 1 входящего из C в слот 1 исходящего в E, трафик, передаваемый A, будет доставляться в E. Есть интересный момент, который следует отметить об этом виде обработки трафика—для пересылки трафика ни одно из устройств в сети на самом деле не должно знать, что является источником или назначением. Блоки данных, передаваемые по сети, не обязательно должны содержать адреса источника или назначения; куда они направляются и откуда поступают, все решения основываются на знании контроллерами открытых слотов в каждом канале. Набор слотов, назначенных для любой конкретной связи между устройствами, называется схемой, потому что это пропускная способность и сетевые ресурсы, выделенные для связи между одной парой устройств. Основные преимущества сетей с коммутацией каналов включают в себя: Для коммутации пакетов устройствам не нужно читать заголовок или выполнять какую-либо сложную обработку. Это было чрезвычайно важно в первые дни работы сети, когда аппаратное обеспечение имело гораздо меньшее количество транзисторов и переключателей, скорость линии была ниже, а время обработки пакета в устройстве составляло большую часть общей задержки пакета через сеть. Контроллер знает доступную полосу пропускания и трафик, направляемый к периферийным устройствам по всей сети. Это делает его несколько простым, учитывая, что на самом деле имеется достаточная пропускная способность, для организации трафика для создания наиболее оптимальных путей через сеть. Есть и недостатки, в том числе: Сложность контроллера значительно возрастает по мере того, как сеть и услуги, которые она предлагает, растут в масштабе. Нагрузка на контроллер может стать подавляющей, фактически вызывая перебои в работе сети. Пропускная способность на каждом канале используется не оптимально. На рис. 1-3 блоки времени (или ячейки), содержащие*, по существу являются потерянной полосой пропускания. Слоты назначаются определенной схеме заранее: слоты, используемые для трафика [A, E], не могут быть «заимствованы» для трафика [A, F], даже если A ничего не передает в сторону E. Время, необходимое для реагирования на изменения в топологии, может быть довольно длительным с точки зрения сети; локальное устройство должно обнаружить изменение, сообщить о нем контроллеру, и контроллер должен перенастроить каждое сетевое устройство вдоль пути каждого затронутого потока трафика. Системы TDM внесли ряд идей в развитие сетей, используемых сегодня. В частности, системы TDM сформировали большую часть ранних дискуссий о разбиении данных на пакеты для передачи по сети и заложили основу для гораздо более поздней работы в области QoS и управления потоком. Одна довольно важная идея, которую эти ранние системы TDM завещали большему сетевому миру, - это network planes. В частности, системы TDM делятся на три плоскости: Плоскость управления - это набор протоколов и процессов, которые формируют информацию, необходимую сетевым устройствам для пересылки трафика через сеть. В сетях с коммутацией каналов плоскость управления является полностью отдельной плоскостью; обычно существует отдельная сеть между контроллером и отдельными устройствами (хотя и не всегда, особенно в новых системах с коммутацией каналов). Плоскость данных (также известная как плоскость пересылки) - это путь информации через сеть. Это включает в себя декодирование сигнала, полученного в проводе, в кадры, обработку их и передачу их обратно в провод, закодированный в соответствии с физической транспортной системой. Плоскость управления ориентирована на управление сетевыми устройствами, включая мониторинг доступной памяти, мониторинг глубины очереди, а также мониторинг, когда устройство отбрасывает информацию, передаваемую по сети, и т. д. Часто бывает трудно различить уровни управления и плоскости управления в сети. Например, если устройство вручную сконфигурировано для пересылки трафика определенным образом, является ли это функцией плоскости управления (потому что устройство настраивается) или функцией плоскости управления (потому что это информация о том, как пересылать информацию)? Коммутация пакетов В начале-середине 1960-х годов коммутация пакетов находилась в состоянии «in the air». Много людей переосмысливали то, как сети были построены, и рассматривали альтернативы парадигме коммутации каналов. Paul Baran, работавший в RAND Corporation, предложил сеть с коммутацией пакетов в качестве решения для обеспечения живучести; примерно в то же время Donald Davies в Великобритании предложил такой же тип системы. Эти идеи попали в Lawrence Livermore Laboratory, что привело к созданию первой сети с коммутацией пакетов (названной Octopus), введенной в эксплуатацию в 1968 году. ARPANET, экспериментальная сеть с коммутацией пакетов, начала функционировать вскоре после этого, в 1970 году. Существенное различие между коммутацией каналов и коммутацией пакетов заключается в роли отдельных сетевых устройств в передаче трафика, как показано на рис.3. На рисунке 3, A создает два блока данных. Каждый из них включает в себя заголовок, описывающий, как минимум, пункт назначения (представлен H в каждом блоке данных). Этот полный пакет информации - исходный блок данных и заголовок - называется пакетом. Заголовок также может описывать, что находится внутри пакета, и может включать любые специальные инструкции по обработке, которые устройства пересылки должны принимать при обработке пакета - их иногда называют метаданными или «данными о данных в пакете». Есть два пакета, произведенных A: A1, предназначенный для E; и A2, предназначенный для F. B также отправляет два пакета: B1, предназначенный для F, и B2, предназначенный для E. Когда C получает эти пакеты, он считывает небольшую часть заголовка пакета, часто называемого полем, чтобы определить место назначения. Затем C обращается к локальной таблице, чтобы определить, по какому исходящему интерфейсу должен быть передан пакет. D делает то же самое, перенаправляя пакет из правильного интерфейса к месту назначения. Этот способ пересылки трафика называется переадресацией по частям, поскольку каждое устройство в сети принимает совершенно независимое решение о том, куда пересылать каждый отдельный пакет. Локальная таблица, к которой обращается каждое устройство, называется таблицей пересылки; обычно это не одна таблица, а множество таблиц, потенциально включающих в себя базу информации маршрутизации (RIB) и базу информации пересылки (FIB). В оригинальных системах с коммутацией каналов плоскость управления полностью отделена от пересылки пакетов по сети. С переходом от коммутации каналов к коммутации пакетов произошел соответствующий переход от решений централизованного контроллера к распределенному протоколу, работающему в самой сети. В последнем случае каждый узел способен принимать свои собственные решения о пересылке локально. Каждое устройство в сети запускает распределенный протокол, чтобы получить информацию, необходимую для построения этих локальных таблиц. Эта модель называется распределенной плоскостью управления; таким образом, идея плоскости управления была просто перенесена из одной модели в другую, хотя на самом деле они не означают одно и то же. Сети с коммутацией пакетов могут использовать централизованную плоскость управления, а сети с коммутацией каналов могут использовать распределенные плоскости управления. В то время, когда сети с коммутацией пакетов были впервые спроектированы и развернуты, однако они обычно использовали распределенные плоскости управления. Software-Defined Networks (SDN) вернули концепцию централизованных плоскостей управления в мир сетей с коммутацией пакетов. Первым преимуществом сети с коммутацией пакетов над сетью с коммутацией каналов является парадигма пересылки hop-by-hop. Поскольку каждое устройство может принимать полностью независимое решение о пересылке, пакеты могут динамически пересылаться в зависимости от изменений в топологии сети, что устраняет необходимость связываться с контроллером и ждать решения. Пока существует как минимум два пути между источником и пунктом назначения (сеть имеет два подключения), пакеты, переданные в сеть источником, в конечном итоге будут переданы в пункт назначения. Вторым преимуществом сети с коммутацией пакетов по сравнению с сетью с коммутацией каналов является то, как сеть с коммутацией пакетов использует пропускную способность. В сети с коммутацией каналов, если конкретная схема (действительно временной интервал в приведенном примере TDM) не используется, то слот просто тратится впустую. При переадресации hop-by-hop каждое устройство может наилучшим образом использовать пропускную способность, доступную на каждом исходящем канале, чтобы нести необходимую нагрузку трафика. Хотя это локально сложнее, это проще глобально, и это позволяет лучше использовать сетевые ресурсы. Основным недостатком сетей с коммутацией пакетов является дополнительная сложность, особенно в процессе пересылки. Каждое устройство должно быть в состоянии прочитать заголовок пакета, найти пункт назначения в таблице, а затем переслать информацию на основе результатов поиска в таблице. В раннем аппаратном обеспечении это были сложные, трудоемкие задачи; коммутация каналов была обычно быстрее, чем коммутация пакетов. Поскольку со временем аппаратное обеспечение усовершенствовалось, то скорость переключения пакета переменной длины, как правило, достаточно близка к скорости переключения пакета фиксированной длины, так что между пакетной коммутацией и коммутацией каналов небольшая разница. Управление потоками в сетях с коммутацией пакетов В сети с коммутацией каналов контроллер выделяет определенную полосу пропускания для каждого канала, назначая временные интервалы от источника до назначения. Что происходит, если передатчик хочет отправить больше трафика, чем выделенные временные интервалы будут поддерживать? Ответ — прост-это невозможно. В некотором смысле, таким образом, возможность управлять потоком пакетов через сеть встроена в сеть с коммутацией каналов; и нет способа отправить больше трафика, чем может передать сеть, потому что «пространство», которое имеет передатчик в своем распоряжении для отправки информации, предварительно выделяется. А как насчет сетей с коммутацией пакетов? Если все звенья сети, показанные на рис. 3, имеют одинаковую скорость соединения, что произойдет, если и А, и В захотят использовать всю пропускную способность соединения в направлении С? Как C решит, как отправить все это в D по каналу связи, который пропускает вдвое меньше трафика, необходимого для обработки? Здесь можно использовать методы управления транспортными потоками. Как правило, они реализованы в виде отдельного набора протоколов / правил, «движущихся поверх» базовой сети, помогая «организовать» передачу пакетов путем создания виртуального канала между двумя взаимодействующими устройствами. Протокол управления передачей (TCP) обеспечивает управление потоком для сетей с коммутацией пакетов на основе Интернет-протокола (IP). Этот протокол был впервые указан в 1973 году Vint Cerf и Bob Kahn. онтроллер выделяет определенную полосу пропускания для каждого канала, назначая временные интервалы от источника до назначения. Что происходит, если передатчик хочет отправить больше трафика, чем выделенные временные интервалы будут поддерживать? Ответ — прост-это невозможно. В некотором смысле, таким образом, возможность управлять потоком пакетов через сеть встроена в сеть с коммутацией каналов; и нет способа отправить больше трафика, чем может передать сеть, потому что «пространство», которое имеет передатчик в своем распоряжении для отправки информации, предварительно выделяется. А как насчет сетей с коммутацией пакетов? Если все звенья сети, показанные на рис. 3, имеют одинаковую скорость соединения, что произойдет, если и А, и В захотят использовать всю пропускную способность соединения в направлении С? Как C решит, как отправить все это в D по каналу связи, который пропускает вдвое меньше трафика, необходимого для обработки? Здесь можно использовать методы управления транспортными потоками. Как правило, они реализованы в виде отдельного набора протоколов / правил, «движущихся поверх» базовой сети, помогая «организовать» передачу пакетов путем создания виртуального канала между двумя взаимодействующими устройствами. Протокол управления передачей (TCP) обеспечивает управление потоком для сетей с коммутацией пакетов на основе Интернет-протокола (IP). Этот протокол был впервые указан в 1973 году Vint Cerf и Bob Kahn.
img
Сетевые устройства могут работать в режимах, которые подразделяются на три большие категории. Первая и основная категория- это передача данных (плоскость данных, data plane). Это режим работы коммутатора по передаче кадров, генерируемых устройствами, подключенными к коммутатору. Другими словами, передача данных является основным режимом работы коммутатора. Во-вторых, управление передачей данных относится к настройкам и процессам, которые управляют и изменяют выбор, сделанный передающим уровнем коммутатора. Системный администратор может контролировать, какие интерфейсы включены и отключены, какие порты работают с какой скоростью, как связующее дерево блокирует некоторые порты, чтобы предотвратить циклы, и так далее. Так же важной частью этой статьи является управление устройством, осуществляемое через плоскость наблюдения (management plane). Плоскость наблюдения - это управление самим устройством, а не управление тем, что делает устройство. В частности, в этой статье рассматриваются самые основные функции управления, которые могут быть настроены в коммутаторе Cisco. В первом разделе статьи рассматривается настройки различных видов безопасности входа в систему. Во втором разделе показано, как настроить параметры IPv4 на коммутаторе, чтобы им можно было управлять удаленно. В последнем разделе рассматриваются практические вопросов, которые могут немного облегчить жизнь системного администратора. Защита коммутатора через CLI По умолчанию коммутатор Cisco Catalyst позволяет любому пользователю подключиться к консольному порту, получить доступ к пользовательскому режиму, а затем перейти в привилегированный режим без какой-либо защиты. Эти настройки заданы в сетевых устройствах Cisco по умолчанию и, если у вас есть физический доступ к устройству, то вы спокойно можете подключиться к устройству через консольный порт или USB, используя соответствующий кабель и соответственно производить различные настройки. Однако не всегда имеется физический доступ к коммутатору и тогда необходимо иметь доступ к устройствам для удаленного управления, и первым шагом в этом процессе является обеспечение безопасности коммутатора так, чтобы только соответствующие пользователи могли получить доступ к интерфейсу командной строки коммутатора (CLI). Настройка парольного доступа к коммутатору Cisco В данной части рассматривается настройка безопасности входа для коммутатора Cisco Catalyst. Защита CLI включает защиту доступа в привилегированный режим, поскольку из этого режима злоумышленник может перезагрузить коммутатор или изменить конфигурацию. Защита пользовательского режима также важна, поскольку злоумышленники могут видеть настройки коммутатора, получить настройки сети и находить новые способы атаки на сеть. Особенно важно, что бы все протоколы удаленного доступа и управления, чтобы IP-настройки коммутатора были настроены и работали. Для того чтобы получить удаленный доступ по протоколам Telnet и Secure Shell (SSH) к коммутатору, необходимо на коммутаторе настроить IP-адресацию. Чуть позже будет показано, как настроить IPv4-адресацию на коммутаторе. В первой части статьи будут рассмотрены следующие вопросы защиты входа: Защита пользовательского режима и привилегированного режима с помощью простых паролей; Защита доступа в пользовательский режим с использованием локальной базы данных; Защита доступа в пользовательский режим с помощью внешних серверов аутентификации; Защита удаленного доступа с помощью Secure Shell (SSH); Защита пользовательского и привилегированного режима с помощью простых паролей. Получить полный доступ к коммутатору Cisco можно только через консольный порт. В этом случае, настройки по умолчанию, позволяют получить доступ сначала к режиму пользователя, а затем можно перейти в привилегированный режим без использования паролей. А вот по протоколам удаленного доступа Telnet или SSH получить доступ даже к режиму пользователя невозможно. Настройки по умолчанию идут у совершенно нового коммутатора, но в производственной среде необходимо обеспечить безопасный доступ через консоль, а также включить удаленный вход через Telnet и/или SSH, чтобы была возможность подключаться ко всем коммутаторам в локальной сети. Можно организовать доступ к сетевому оборудованию с использованием одного общего пароля. Этот метод позволяет подключиться к оборудованию, используя только пароль - без ввода имени пользователя - с одним паролем для входа через консольный порт и другим паролем для входа по протоколу Telnet. Пользователи, подключающиеся через консольный порт, должны ввести пароль консоли, который был предварительно настроен в режиме конфигурации. Пользователи, подключающиеся через протокол Telnet, должны ввести пароль от Telnet, также называемый паролем vty, так называемый, потому что это режим конфигурации терминальных линий (vty). На рисунке 1 представлены варианты использования паролей с точки зрения пользователя, подключающегося к коммутатору. Как видно из рисунка 1, на коммутаторах Cisco стоит защита привилегированного режима (enable) с помощью еще одного общего пароля, задаваемый командой enable password. Системный администратор, подключающийся к CLI коммутатора попадает в режим пользователя и далее, вводит команду enable. Эта команда запрашивает у пользователя пароль входа в привилегированный режим; если пользователь вводит правильный пароль, IOS перемещает пользователя в привилегированный режим. Пример 1. Пример входа в коммутатор из консоли, когда пароль консоли и пароль привилегированного режима были заранее установлены. Предварительно пользователь запустил эмулятор терминала, физически подключил ноутбук к консольному кабелю, а затем нажал клавишу Enter, чтобы войти в коммутатор. (User now presses enter now to start the process. This line of text does not appear.) User Access Verification Password: cisco Switch> enable Password: cisco Switch# В примере показаны пароли в открытом виде, как если бы они были набраны в обычном текстовом редакторе (cisco), а также команда enable, которая перемещает пользователя из пользовательского режима в привилегированный режим (enable). В реальности же IOS скрывает пароли при вводе, чтобы никто не смог увидеть их. Чтобы настроить общие пароли для консоли, Telnet и привилегированного режима (enable), необходимо ввести несколько команд. На рис. 2 показан порядок задания всех трех паролей. На рисунке 2 показаны два ПК, пытающиеся получить доступ к режиму управления устройством. Один из ПК подключен посредством консольного кабеля, соединяющейся через линию console 0, а другой посредством Telnet, соединяющейся через терминальную линию vty 0 15. Оба компьютера не имеют Логинов, пароль для консоли и Telnet -cisco. Пользовательский режим получает доступ к привилегированному режиму (enable) с помощью ввода команды "enable secret cisco". Для настройки этих паролей не надо прилагать много усилий. Все делается легко. Во-первых, конфигурация консоли и пароля vty устанавливает пароль на основе контекста: для консоли (строка con 0) и для линий vty для пароля Telnet (строка vty 0 15). Затем в режиме консоли и режиме vty, соответственно вводим команды: login password <пароль задаваемый пользователем> Настроенный пароль привилегированного режима, показанный в правой части рисунка, применяется ко всем пользователям, независимо от того, подключаются ли они к пользовательскому режиму через консоль, Telnet или иным образом. Команда для настройки enable password является командой глобальной конфигурации: enable secret <пароль пользователя>. В старых версиях, для задания пароля на привилегированный режим, использовалась команда password. В современных IOS применяется два режима задания пароля: password и secret. Рекомендуется использовать команду secret, так как она наиболее безопасна по сравнению с password. Для правильной настройки защиты коммутатора Cisco паролями необходимо следовать по шагам, указанным ниже: Шаг 1. Задайте пароль на привилегированный режим командой enable secret password-value Шаг 2. Задайте пароль на доступ по консоли Используйте команду line con 0 для входа режим конфигурирования консоли; Используйте команду liassword liassword-value для задания пароля на консольный режим; Используйте команду login для запроса пароля при входе по консоли; Шаг 3. Задайте пароль на терминальные подключения vty (Telnet) Используйте команду line vty 0 15 для входа режим конфигурирования терминальных линий. В данном примере настройки будут применены ко всем 16 терминальным линиям; Используйте команду liassword liassword-value для задания пароля на режим vty; Используйте команду login для запроса пароля при входе по Telnet В Примере 2 показан процесс настройки, согласно вышеописанным шагам, а также установка пароля enable secret. Строки, которые начинаются с ! - это строки комментариев. Они предназначены для комментирования назначения команд. ! Enter global configuration mode, set the enable password, and also set the hostname (just because it makes sense to do so) Switch# configure terminal Switch(config)# enable secret cisco Switch#(config)# line console 0 Switch#(config-line)# password cisco Switch#(config-line)# login Switch#(config-line)# exit Switch#(config)# line vty 0 15 Switch#(config-line)# password cisco Switch#(config-line)# login Switch#(config-line)# end Switch# Пример 3 показывает результирующую конфигурацию в коммутаторе, выводимой командой show running-config. Выделенный текст показывает новую конфигурацию. Часть листинга было удалено, что бы сконцентрировать ваше внимание на настройке пароля. Switch# show running-config ! Building configuration... Current configuration: 1333 bytes ! version 12.2 ! enable secret 5 $1$OwtI$A58c2XgqWyDNeDnv51mNR. ! interface FastEthernet0/1 ! interface FastEthernet0/2 ! ! Several lines have been omitted here - in particular, lines for ! FastEthernet interfaces 0/3 through 0/23. ! interface FastEthernet0/24 ! interface GigabitEthernet0/1 ! interface GigabitEthernet0/2 ! line con 0 password cisco login ! line vty 0 4 password cisco login ! line vty 5 15 password cisco login В следующей статье рассмотрим тему защиты доступа в пользовательском режиме с помощью локальных имен пользователей и паролей.
ВЕСЕННИЕ СКИДКИ
40%
50%
60%
До конца акции: 30 дней 24 : 59 : 59