Table of Contents

Click Here to Return To the Network Plus Course Page

Введение

В мире сетевых технологий различные сервисы, варианты подключения и архитектурные рамки играют важнейшую роль в организации эффективной и надежной связи. В этой статье мы рассмотрим три важнейшие сетевые службы: протокол динамической конфигурации хоста (DHCP), систему доменных имен (DNS) и протокол сетевого времени (NTP). Мы рассмотрим их функциональные возможности, обсудим базовую архитектуру корпоративных сетей и сетей центров обработки данных, а также представим обзор концепций облачных вычислений и вариантов подключения.

DHCP: упрощение конфигурации сети

Протокол динамического конфигурирования хостов (DHCP) - это сетевая служба, автоматизирующая назначение IP-адресов и параметров конфигурации сети устройствам, подключенным к сети. Благодаря динамическому назначению IP-адресов DHCP упрощает процесс конфигурирования сети, особенно в крупномасштабных средах.

Область действия и диапазоны исключения

Область действия DHCP определяет диапазон IP-адресов, которые могут быть назначены устройствам. Внутри диапазона можно определить диапазоны исключений, чтобы зарезервировать определенные IP-адреса для статического назначения или предотвратить их динамическое назначение устройствам.

Резервирование и динамическое назначение

DHCP позволяет резервировать определенные IP-адреса для устройств, которым требуется статическое назначение. Это гарантирует, что критически важные устройства, такие как серверы или сетевые принтеры, всегда будут получать один и тот же IP-адрес.

С другой стороны, динамическое назначение предполагает выделение доступных IP-адресов из области действия DHCP устройствам, запрашивающим подключение к сети. Динамическое назначение полезно для устройств, которым не требуется фиксированный IP-адрес.

Время аренды и параметры области

Когда устройство получает IP-адрес от DHCP-сервера, оно делает это на определенный период, называемый временем аренды. Время аренды может быть настроено в соответствии с требованиями сетевого окружения. Кроме того, можно настроить параметры области действия DHCP для предоставления устройствам дополнительных параметров, таких как адреса DNS-серверов и шлюзов по умолчанию.

DHCP Relay и IP Helper/UDP Forwarding

В крупных сетях агенты ретрансляции DHCP или адреса IP-помощников используются для пересылки DHCP-запросов и ответов между DHCP-клиентами и серверами, расположенными в разных подсетях. Это позволяет централизовать услуги DHCP и обеспечить эффективное распределение IP-адресов между несколькими сегментами сети.

DNS: Преобразование имен в IP-адреса

Система доменных имен (DNS) - это критически важный сетевой сервис, обеспечивающий преобразование человекочитаемых доменных имен в соответствующие им IP-адреса, что позволяет устройствам находить и взаимодействовать друг с другом в Интернете и других сетях.

Типы записей и глобальная иерархия

В DNS используются различные типы записей для управления различными типами информации. К ним относятся:

  • Адрес (A): Сопоставляет доменное имя с адресом IPv4.
  • AAAA: Сопоставляет доменное имя с адресом IPv6.
  • Каноническое имя (CNAME): Предоставляет псевдоним или альтернативное имя для существующего доменного имени.
  • Почтовый обмен (MX): Определяет почтовый сервер, отвечающий за прием почтовых сообщений для домена.
  • Start of authority (SOA): Содержит административную информацию о зоне DNS.
  • Указатель (PTR): Выполняет обратный поиск DNS, сопоставляя IP-адрес с доменным именем.
  • Текст (TXT): Хранит произвольные текстовые данные, связанные с доменом.
  • Сервис (SRV): Определяет местоположение определенных служб в домене.
  • Сервер имен (NS): Указывает авторитетные DNS-серверы для домена.

Эти записи организованы в глобальную иерархию, начиная с корневых DNS-серверов, которые хранят информацию о доменах верхнего уровня (например, .com, .org). Такая иерархическая структура позволяет эффективно и децентрализованно разрешать доменные имена.

Внутренний и внешний DNS и перенос зон

DNS можно разделить на внутреннюю и внешнюю. Внутренний DNS обеспечивает разрешение имен внутри частной сети организации, а внешний - для общедоступных доменов.

Передача зон - это механизм, используемый для репликации данных зоны DNS между авторитетными серверами имен. Эти передачи обеспечивают согласованность и актуальность информации на нескольких DNS-серверах.

Кэширование DNS и время жизни (TTL)

Кэширование DNS повышает производительность за счет хранения недавно разрешенных сопоставлений доменных имен и IP-адресов. Кэши могут существовать на DNS-серверах, маршрутизаторах и даже на отдельных устройствах. Значение Time to Live (TTL), связанное с DNS-записями, определяет, как долго кэшированная информация остается действительной, прежде чем ее нужно будет обновить с авторитетных DNS-серверов.

Обратный DNS и рекурсивный поиск

Обратный DNS, также известный как обратный поиск, - это процесс преобразования IP-адреса в соответствующее ему доменное имя. Рекурсивный поиск относится к процессу DNS-запроса, в ходе которого DNS-резольвер обходит иерархию DNS, чтобы получить IP-адрес, связанный с заданным доменным именем.

NTP: синхронизация сетевого времени

Network Time Protocol (NTP) - это сетевой протокол, обеспечивающий точную синхронизацию времени между устройствами и сетями. Точный учет времени необходим для выполнения множества сетевых функций, включая аутентификацию, протоколирование и координацию между системами.

Stratum и источники времени

NTP работает на основе иерархической модели, называемой стратой. Stratum 0 представляет собой наиболее точный источник времени, обычно обеспечиваемый атомными часами или спутниковыми системами. Серверы страты 1 синхронизируют свое время с источниками страты 0, и так далее.

Клиенты и серверы

В инфраструктуре NTP клиенты запрашивают серверы NTP для получения информации о точном времени. NTP-серверы поддерживают точное время и предоставляют клиентам услуги синхронизации.

Архитектура корпоративных сетей и сетей центров обработки данных

Для обеспечения эффективной и масштабируемой работы сети организации часто применяют специальные архитектурные схемы. Двумя широко используемыми сетевыми архитектурами являются трехуровневая архитектура и архитектура “позвоночник и лист”.

Трехуровневая архитектура

Трехуровневая архитектура включает в себя следующие уровни:

  1. Ядро: Основной уровень обеспечивает высокоскоростное соединение между различными частями сети и служит магистралью для передачи данных.
  2. Уровень распределения/агрегации: Уровень распределения агрегирует соединения от коммутаторов уровня доступа и обеспечивает реализацию политик, фильтрацию и функции безопасности.
  3. Уровень доступа/граница: Уровень доступа обеспечивает подключение к сети устройств конечных пользователей, таких как компьютеры и IP-телефоны.

Такая архитектура обеспечивает масштабируемость, отказоустойчивость и логическую сегментацию сетевых сервисов.

Программно-определяемые сети

Программно-определяемые сети (SDN) - это архитектурный подход, при котором плоскость управления, отвечающая за принятие решений в сети, отделена от плоскости данных, отвечающей за пересылку данных. SDN состоит из следующих уровней:

  1. Уровень приложений: Этот уровень включает в себя сетевые приложения и сервисы, взаимодействующие с контроллером SDN.
  2. Управляющий уровень: Уровень управления состоит из контроллера SDN, который управляет сетевыми политиками и конфигурацией.
  3. Инфраструктурный уровень: Инфраструктурный уровень включает в себя сетевые коммутаторы и маршрутизаторы, которые пересылают пакеты данных в соответствии с инструкциями SDN-контроллера.
  4. Плоскость управления: Плоскость управления решает задачи управления сетью, такие как мониторинг, инициализация и обеспечение безопасности.

SDN обеспечивает гибкость, централизованное управление и программируемость, позволяя организациям адаптировать свою сетевую инфраструктуру к изменяющимся требованиям.

Архитектура позвоночника и листьев

Архитектура “позвоночник и лист” представляет собой масштабируемое решение для сетей ЦОД с высокой пропускной способностью. Она состоит из следующих компонентов:

  • Программно-определяемая сеть: В архитектуре “позвоночника” и “листа” часто используются принципы SDN для централизованного управления и программирования.
  • Коммутация в стойке: Каждая стойка в ЦОД подключена к коммутатору верхнего уровня, который обеспечивает связь с серверами и другими устройствами.
  • Магистральный уровень: Магистральный уровень состоит из высокоскоростных коммутаторов, которые соединяют между собой все коммутаторы “листьев”.
  • Трафиковые потоки: В архитектуре “позвоночника” и “листа” потоки трафика идут как с севера на юг (между ЦОД и внешними сетями), так и с востока на запад (между серверами внутри ЦОД).

Такая архитектура обеспечивает повышенную производительность, масштабируемость и отказоустойчивость в средах ЦОД.

Концепции облачных вычислений и варианты подключения

Облачные вычисления произвели революцию в способах хранения, обработки и доступа к данным и приложениям. Понимание концепций облачных вычислений и вариантов подключения к ним очень важно для использования преимуществ облачных сервисов.

Филиал против локального ЦОДа против размещения

При рассмотрении возможности подключения к облаку организациям приходится выбирать между различными вариантами развертывания, такими как:

  • Бранч-офис: Филиалы обычно подключаются к облаку через выделенные сетевые соединения, такие как MPLS или VPN-туннели.
  • Отдельный ЦОД: Внутренние центры обработки данных могут устанавливать прямые соединения с поставщиками облачных услуг, обеспечивая безопасное подключение с низкой задержкой.
  • Колокация: Организации, размещающие свою инфраструктуру в сторонних центрах обработки данных, могут использовать их возможности подключения, например, прямые кросс-соединения с поставщиками облачных услуг.

Каждый вариант развертывания имеет свои особенности, связанные с проектированием, безопасностью и производительностью сети.

Сети хранения данных

Сети хранения данных (Storage Area Networks, SAN) обеспечивают высокопроизводительное подключение систем хранения данных по выделенным сетям. SAN поддерживают различные типы соединений, в том числе:

  • Fibre Channel over Ethernet (FCoE): FCoE позволяет передавать трафик СХД Fibre Channel по сетям Ethernet, снижая необходимость в отдельных сетях для хранения данных.
  • Fibre Channel: Fibre Channel - это высокоскоростной протокол хранения данных, обеспечивающий быструю и надежную передачу данных между серверами и устройствами хранения.
  • Internet Small Computer Systems Interface (iSCSI): iSCSI обеспечивает блочный доступ к СХД по IP-сетям, что делает его доступной и гибкой альтернативой Fibre Channel.

SAN очень важны для приложений, требующих высокоскоростного доступа к ресурсам хранения с малой задержкой.

Заключение

Сетевые сервисы, возможности подключения и архитектурные рамки составляют основу современных коммуникаций и обмена данными. DHCP упрощает настройку сети, DNS преобразует доменные имена в IP-адреса, а NTP обеспечивает точную синхронизацию времени. Понимание архитектуры корпоративных сетей и сетей ЦОД, таких как трехуровневая архитектура, архитектура “позвоночника” и “листьев”, помогает проектировать масштабируемые и эффективные сети. Кроме того, знакомство с концепциями облачных вычислений и вариантами подключения позволяет организациям принимать взвешенные решения по использованию облачных сервисов. Овладев этими основополагающими понятиями, сетевые администраторы смогут создавать надежные и прочные сетевые инфраструктуры, отвечающие изменяющимся потребностям предприятий.

Ссылки