Уравнение плоскости проходящей через 3 точки пример. Уравнение плоскости, которая проходит через три заданные точки, не лежащие на одной прямой. Расстояние до плоскости от точки

31.10.2017 | Владимир Хазов

Основная задача интернет-провайдера - оказание услуг связи абонентам (доступ в интернет, телефония, цифровое телевидение и другие). А для того, чтобы обеспечить доступ к этим услугам, необходимо построить сеть. В прошлой мы рассказали про основные шаги по созданию интернет-провайдера, в этой остановимся подробнее на построении сети.

На рисунке приведена эталонная модель построения сети. Она представляет собой топологию «дерево» (объединение нескольких топологий «звезда») с дополнительными избыточными связями. Избыточность компенсирует главный недостаток данной топологии (отказ одного из узлов влияет на работу всей сети), но и увеличивает без того чрезмерный расход кабеля вдвое. Для уменьшения затрат на кабель многие организации «усиливают» только наиболее значимые части сети.

Следует помнить, что это всего лишь модель, а следовательно, деление на уровни может быть условным - некоторые устройства могут реализовывать сразу оба уровня, а какие-то уровни могут вовсе отсутствовать.

Как видно, данная модель состоит из четырех уровней:

уровень доступа;
уровень агрегации;
уровень ядра сети;
серверный уровень.

Разберем каждый из них по отдельности.

Уровень доступа

Главным процессом на этом уровне является подключение оборудования клиента (компьютер, Wi-Fi-маршрутизатор) к сети провайдера. Здесь оборудованием провайдера являются коммутаторы (если это локальная сеть и планируется подключение при помощи проводной среды) либо базовые станции (если подключение происходит через беспроводную среду). Как правило, для организации управляемой сети используют коммутаторы второго уровня (L2), реже - третьего (L3). Некоторые провайдеры на этапе строительства локальной сети отдают предпочтение неуправляемым коммутаторам, впоследствии это может сказаться на качестве предоставляемых услуг.

Также для удешевления стоимости подключения используются устройства с максимальным количеством физических интерфейсов 24/48. В роли управляемых коммутаторов второго уровня хорошо зарекомендовали себя Cisco Catalyst серий 2900, 3500 и 3700, но многие операторы выбирают Eltex, SNR и прочие российские разработки, как более доступные по цене.

Коммутаторы L3 на данном уровне встречаются достаточно редко, так как они дороже, чем L2, и их размещение в технических помещениях многоэтажек связано с определенными рисками. Если коммутаторы L3 и встречаются на уровне доступа, то лишь в объединении уровня доступа и уровня агрегации. Частным примером использования является кабинет в офисе либо отдел, а в случае с провайдером - многоквартирный дом или жилая секция в этом доме.

Стоит отметить, что при строительстве сети каждый провайдер сам выбирает степень ее сегментирования. Сегмент сети, или VLAN (Virtual Local Area Network), позволяет объединить группу пользователей в одну логическую сеть либо обособить каждого по отдельности. Считается очень плохим тоном, когда сеть «плоская», то есть клиенты, коммутаторы, маршрутизаторы и серверы находятся в одном логическом сегменте. Такая сеть имеет очень много недостатков. Более правильным решением является разделение целой сети на более мелкие подсети, в идеальном варианте - выделять VLAN для каждого клиента.

Уровень агрегации

Промежуточный уровень между ядром сети и уровнем доступа. Как правило, этот уровень реализуется на L3-коммутаторах, реже - на маршрутизаторах из-за их высокой стоимости и, опять же, особенностей эксплуатации в помещениях определенного типа. Основная задача оборудования сводится к объединению линков от коммутаторов уровня доступа на «магистральном» коммутаторе по топологии «звезда».

Расстояние от коммутаторов доступа до коммутаторов этой группы может достигать нескольких километров. Если на уровне доступа используются L2-коммутаторы, а сеть сегментирована, то на этом уровне организуются L3-интерфейсы для VLAN, прописанных на уровне доступа. Такой подход способен несколько разгрузить ядро сети, так как в этом случае ядро не имеет записей о самих VLAN и параметрах VLAN-интерфейсов, а имеет только маршрут до конечной подсети.

Наиболее популярное оборудование, используемое провайдерами для реализации работы этого уровня, - Cisco Catalyst серии 3750 и 3550, в частности WS-C3550–24-FX-SMI.

Последний получил популярность благодаря наибольшему количеству оптических интерфейсов, но, к сожалению, устарел и не соответствует современным требованиям к строительству сетей. Также достаточно хорошо справляется с задачами этого уровня оборудование фирмы Foundry (ныне Brocade), Nortel (устарел), Extreme, SNR и Eltex. Оборудование, предоставляемое Foundry/Brocade, позволяет использовать шасси и слоты расширения к нему и наращивать производительность по мере необходимости.

Уровень ядра

Ядро является неотъемлемой частью любой сети. Данный уровень реализуется на маршрутизаторах, реже - на высокопроизводительных L3-коммутаторах (опять же, для уменьшения стоимости самой сети.) Как было сказано ранее, в зависимости от архитектуры сети, ядро может «держать» статические маршруты либо иметь настройки для динамической маршрутизации.

Серверный уровень

Реализуется, как понятно из названия, серверами сети. Реализация может быть как на серверных платформах, так и на специализированном оборудовании. ПО для серверных платформ на сегодняшний день представлено разными производителями и под разными видами лицензий, равно как и ОС, на которых будет работать это программное обеспечение. Стандартный набор провайдера на этом уровне:

DHCP-сервер;
DNS-сервер;
один или несколько серверов доступа (если таковые необходимы);
сервер AAA (radius или diameter);
сервер биллинга;
сервер баз данных;
сервер хранения flow-статистики и биллинговой информации;
сервер мониторинга сети;
сервисы развлечений для пользователей (опционально);
серверы контента (такие как Coogle Cache).

Эти сервисы мы подробно рассмотрим в следующей статье.

Пограничный уровень

Пограничный уровень обычно отсутствует на схемах, приведенных в самом начале, так как работает вне основной сети, хотя и может быть реализован на уровне ядра. Но лучше для этих целей выделить самостоятельное устройство. На данном уровне происходит обмен трафиком между провайдером и вышестоящим провайдером либо между AS (автономной системой) оператора с другими автономными системами (в случае использования BGP). В начале строительства сети уровень может быть реализован и на сервере доступа, но впоследствии, как только возникнет необходимость добавления еще одного сервера доступа, встанет вопрос о подсети из собственных реальных адресов.

Данную потребность можно реализовать на маршрутизаторах либо на L3-коммутаторах - достаточно зароутить внешний пул адресов из собственной внешней подсети на IP-адрес, выдаваемый провайдером при подключении.

Итоговая схема сети интернет-провайдера может выглядеть так, но на практике она модифицируется под определенные задачи.

В следующих статьях мы расскажем об основных сервисах, которые необходимо использовать в сети интернет-провайдера, а также о способах конвергенции некоторых из них с помощью платформы .

Более подробную информацию о преимуществах современной системы глубокого анализа трафика СКАТ DPI, ее эффективном использовании на сетях операторов связи, а также о миграции с других платформ вы можете узнать у специалистов компании , разработчика и поставщика системы анализа трафика DPI.

Еще одной новой проблемой, которую нужно учитывать при объединении трех и более компьютеров, является проблема их адресации, точнее адресации их сетевых интерфейсов. Один компьютер может иметь несколько сетевых интерфейсов. Например, для создания полносвязной структуры из N компьютеров необходимо, чтобы у каждого из них имелся N - 1 интерфейс.

По количеству адресуемых интерфейсов адреса можно классифицировать следующим образом:

Уникальный адрес (unicast) используется для идентификации отдельных интерфейсов;

Групповой адрес (multicast) идентифицирует сразу несколько интерфейсов, поэтому данные, помеченные групповым адресом, доставляются каждому из узлов,входящих в группу;

Данные, направленные по широковещательному адресу (broadcast), должны быть до ставлены всем узлам сети;

Адрес произвольной рассылки (anycast), определенный в новой версии протокола IPv6, так же, как и групповой адрес, задает группу адресов, однако данные, посланные по этому адресу, должны быть доставлены не всем адресам данной группы, а любому из них.

Адреса могут быть числовыми (например, 129.26.255.255 или 81.la.ff.fF) и символьными

(site.domen.ru, willi-winki) .

Символьные адреса (имена) предназначены для запоминания людьми и поэтому обычно несут смысловую нагрузку. Для работы в больших сетях символьное имя может иметь иерархическую структуру, например ftp-arch1 .ucl.ac.uk. Этот адрес говорит о том, что данный компьютер поддерживает ftp-архив в сети одного из колледжей Лондонского университета (University College London - ucl) и эта сеть относится к академической ветви (ас) Интернета Великобритании (United Kingdom - uk). При работе в пределах сети Лондонского университета такое длинное символьное имя явно избыточно и вместо него можно пользоваться кратким символьным именем ftp-arch 1. Хотя символьные имена удобны для людей, из-за переменного формата и потенциально большой длины их передача по сети не очень экономична.

Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках некоторой схемы адресации, называется адресным пространством.

Адресное пространство может иметь плоскую (линейную) организацию (рис. 1) или иерархическую организацию (рис. 2). При плоской организации множество адресов никак не структурировано. Примером плоского числового адреса является МАС-адрес, предназначенный для однозначной идентификации сетевых интерфейсов в локальных сетях. Такой адрес обычно используется только аппаратурой, поэтому его стараются сделать по возможности компактным и записывают в виде двоичного или шестнадцатеричного числа, например 0081005е24а8. При задании МАС-адресов не требуется выполнение ручной работы, так как они обычно встраиваются в аппаратуру компанией-изготовителем, поэтому их называют также аппаратными адресами (hardware address). Использование плоских адресов является жестким решением - при замене аппаратуры, например сетевого адаптера, изменяется и адрес сетевого интерфейса компьютера.

При иерархической организации адресное пространство структурируется в виде вложенных друг в друга подгрупп, которые, последовательно сужая адресуемую область, в конце концов, определяют отдельный сетевой интерфейс. В показанной на рис. 2 трехуровневой структуре адресного пространства адрес конечного узла задается тремя составляющими: идентификатором группы (К), в которую входит данный узел, идентификатором подгруппы (I) и, наконец, идентификатором узла (и), однозначно определяющим его в подгруппе. Иерархическая адресация во многих случаях оказывается более рациональной, чем плоская. В больших сетях, состоящих из многих тысяч узлов, использование плоских адресов приводит к большим издержкам - конечным

узлам и коммуникационному оборудованию приходится оперировать таблицами адресов, состоящими из тысяч записей. В противоположность этому иерархическая система адресации позволяет при перемещении данных до определенного момента пользоваться только старшей составляющей адреса (например, идентификатором группы К), затем для дальнейшей локализации адресата задействовать следующую по старшинству часть (I)и в конечном счете - младшую часть (п).

Типичными представителями иерархических числовых адресов являются сетевые IP - и IPX-адреса. В них поддерживается двухуровневая иерархия, адрес делится на старшую часть - номер сети и младшую - номер узла. Такое деление позволяет передавать сообщения между сетями только на основании номера сети, а номер узла требуется уже после доставки сообщения в нужную сеть; точно так же, как название улицы используется почтальоном только после того, как письмо доставлено в нужный город.

На практике обычно применяют сразу несколько схем адресации, так что сетевой интерфейс компьютера может одновременно иметь несколько адресов-имен. Каждый адрес задействуется в той ситуации, когда соответствующий вид адресации наиболее удобен. А для преобразования адресов из одного вида в другой используются специальные вспомогательные протоколы, которые называют протоколами разрешения адресов. Пользователи адресуют компьютеры иерархическими символьными именами, которые автоматически заменяются в сообщениях, передаваемых по сети, иерархическими числовыми адресами. С помощью этих числовых адресов сообщения доставляются из одной сети в другую, а после доставки сообщения в сеть назначения вместо иерархического числового адреса используется плоский аппаратный адрес компьютера. Проблема установления соответствия между адресами различных типов может решаться как централизованными, так и распределенными средствами.

При централизованном подходе в сети выделяется один или несколько компьютеров (серверов имен), в которых хранится таблица соответствия имен различных типов, например символьных имен и числовых адресов. Все остальные компьютеры обращаются к серверу имен с запросами, чтобы по символьному имени найти числовой номер необходимого компьютера.

При распределенном подходе каждый компьютер сам хранит все назначенные ему адреса разного типа. Тогда компьютер, которому необходимо определить по известному иерархическому числовому адресу некоторого компьютера его плоский аппаратный адрес, посылает в сеть широковещательный запрос. Все компьютеры сети сравнивают содержащийся в запросе адрес с собственным. Тот компьютер, у которого обнаружилось совпадение, посылает ответ, содержащий искомый аппаратный адрес. Такая схема использована в протоколе разрешения адресов (Address Resolution Protocol, ARP) стека TCP/IP .

Достоинство распределенного подхода состоит в том, что он позволяет отказаться от выделения специального компьютера в качестве сервера имен, который, к тому же, часто требует ручного задания таблицы соответствия адресов. Недостатком его является необходимость широковещательных сообщений, перегружающих сеть. Именно поэтому распределенный подход используется в небольших сетях, а централизованный - в больших.

Конечной целью данных, пересылаемых по сети, являются не сетевые интерфейсы или компьютеры, а выполняемые на этих устройствах программы - процессы. Поэтому в адресе назначения наряду с информацией, идентифицирующей интерфейс устройства, должен указываться адрес процесса, которому предназначены посылаемые по сети данные.

Очевидно, что достаточно обеспечить уникальность адреса процесса в пределах компьютера. Примером адресов процессов являются номера портов TCP и UDP, используемые в стеке TCP/IP .

Подсети сегментируют сети на небольшие области, в которых используется свое собственное пространство, они являются аналогом классовых сетей, только содержащими меньше хостов. Для создания адресов подсетей, «заимствуются» часть битов из адреса хоста в IP адресе.

Сетевым администраторам часто необходимо разделять сети, особенно большие, на маленькие сети. Эти небольшие части сети называются подсетями (subnetworks или subnets), которые предоставляют возможность гибкой адресации. В этом разделе описываются назначение и функции подсетей и их схемы адресации.

Компания, занимающая трех этажное здание, может иметь сеть, разделенную по этажам, а затем на каждом этаже разбитую по офисам. Представим здание как сеть, этажи это три подсети, а офисы — персональные адреса хостов.

Подсеть разделяет хосты внутри сети. Без подсетей, сеть имеет плоскую топологию (flat topology). Плоская топология обладает небольшой таблицей маршрутизации, и она основывается на втором уровне на основе MAC адресов для доставки пакетов. MAC адреса имеет не иерархической структуру, однако, при росте сети, использование пропускной способности канала становится все менее эффективным.

Здесь приведены недостатки плоской сети:

Все устройства используют одну полосу пропускания.
Все устройства используют общий широковещательный домен уровня 2.
Сложно использовать политику безопасности, потому что нет границ между устройствами.

В Ethernet сети, соединенной концентраторами, каждый хост видит все пакеты данных отправляемых в сеть. В сети с коммутаторами хост будет видеть только все широковещательные рассылки. В ситуации, когда очень большой трафик, это может привести к увеличению коллизий. Коллизии происходят, когда два или более устройства передают данные одновременно в один сегмент сети. Устройства, обнаружившие коллизию, останавливают передачу, а затем начинают повторную отправку через случайный интервал времени. Для пользователей это процесс ощущается как замедление работы сети. В этой ситуации могут использоваться маршрутизаторы, выполняющие помимо других функций, разделение сетей на несколько подсетей.

Здесь приведен ряд преимуществ, которые получаются при разделении сети на подсети:

Небольшие сети проще в управлении и отображении по географическим или функциональным признакам.
Перегрузка сети уменьшается, что может улучшить характеристики.
Проще накладывать ограничения по безопасности при установке соединений между сетями, чем в целой сети.

При такой сетевой конфигурации, каждая подсеть может быть соединена к Интернету через один маршрутизатор. В этом примере, сеть подразделяется на несколько подсетей. Реальная внутренняя структура сети и каким образом сеть разделена на множество подсетей является неважным для других IP сетей.