Mate's CCNA Notes

Day 52 - LAN Architectures52. Nap - LAN Architektúrák

5 min read

Jeremy’s IT Lab lecture video:

Day 52 - LAN Architecture

Commands

No Commands :)

LAN Architecture Info

In order to better troubleshoot and configure networks, it’s important to know some basics of network designing.

Common Terminologies

1. Star

A star topology is formed when several devices all connect to one central device. They can be drawn in a ‘star’ shape, so they’re often called ‘star topologies’

Star topology

2. Full Mesh

A Full Mesh topology is formed when each device is connected to each other device.

Full Mesh topology

3. Partial Mesh

A Partial Mesh topology is formed when some devices are connected to each other, but not all.

Partial Mesh topology

Comparison

Comparison between all 3 topologies

Architecture Designs

Two-Tier Campus LAN Design

The two-tier LAN design is a design usually used in smaller scale networks. It consists of two hierarchical layers:

  1. Access Layer
    • The layer that end hosts connect to. (PCs, phones, wireless APs, printers, cameras, and etc.)
    • Typically has switches that have a lot of ports for end hosts to connect to.
    • QoS marking is typically done here.
    • Security services like port security, DHCP snooping, DAI, etc are typically performed here.
    • Switchports might be PoE-enabled for wireless APs, IP phones, and etc.
  2. Distribution Layer
    • Sometimes referred to as the ‘Core-Distribution Layer’.
    • Aggregates connections from the Access Layer switches.
    • Typically acts as the border between Layer 2 and Layer 3.
    • Connections between Distribution Layer switches are Layer 3.
    • In two-tier LANs, it connects to services such as the internet, WAN, etc.
  • This design is also referred to as the “Collapsed Core” design, because it omits a layer that is found in the three-tier LAN design called the Core Layer.
  • Connections between the Access Layer and the Distribution Layer are Layer 2, which can lead to broadcast storms, so STP is activated in order to disable some interfaces and prevent them from happening.
  • Some extra Distribution Layer switches are deployed with a FHRP protocol in order to provide redundancy.
Two-Tier LAN Topology Example

In the previous image, you can spot the three previously mentioned topologies.

  • There are star topologies present where the end hosts connect to the Access Layer switches.
  • There are partial mesh topologies present where the Access Layer switches connect with the Distribution Layer switches.
  • There are full mesh topologies present where the Distribution Layer switches all connect to each other.

Distribution Layer: Layer 3 connections

  • Connections between Distribution Layer switches are Layer 3.
  • This allows for routing information to be shared via dynamic routing protocols, such as OSPF, for example.

Three-Tier Campus LAN Design

In large LAN networks with many Distribution Layer switches, the number of connections required between Distribution Layer switches grows rapidly. This makes it more difficult to scale networks and make them larger.

To help scale large LAN networks, you can add a Core Layer. Which turns the design into a three-tier LAN. (Cisco recommends adding a Core Layer if there are more than three Distribution Layers in a single location.)

It consists of:

  1. Access Layer
    • The layer that end hosts connect to. (PCs, phones, wireless APs, printers, cameras, and etc.)
    • Typically has switches that have a lot of ports for end hosts to connect to.
    • QoS marking is typically done here.
    • Security services like port security, DHCP snooping, DAI, etc are typically performed here.
    • Switchports might be PoE-enabled for wireless APs, IP phones, and etc.
  2. Distribution Layer
    • Sometimes referred to as the ‘Core-Distribution Layer’.
    • Aggregates connections from the Access Layer switches.
    • Typically acts as the border between Layer 2 and Layer 3.
    • Connections between Distribution Layer switches are Layer 3.
  3. Core Layer
    • Connects Distribution Layers together in large LAN networks.
    • Connections are all Layer 3, therefore, there is no STP.
    • It is focused on speed (‘fast transport’)
    • CPU intensive operations such as security, QoS marking/classification, security features and etc. should be avoided at this layer.
    • Should maintain connectivity throughout the LAN even if the devices fail.
Three-Tier LAN Topology Example

Spine-Leaf Architecture

Spine-Leaf Architecture Reasoning

  • Data centers are dedicated spaces/buildings used to store computer systems such as servers and network devices.
  • Traditional data centers used a three-tier LAN architecture. Which worked well when most of the traffic in the data center was North-South.
  • With the precedence of virtual servers, applications are often deployed in a distributed manner across multiple physical servers, which increases the amount of East-West traffic in the data center.
  • The traditional three-tier LAN led to bottlenecks as well as variability in latency.
  • To solve this issue, Spine-Leaf architecture (Clo’s architecture) has become prominent in data centers.

Spine-Leaf Architecture Details

  • Every Leaf switch is connected to every Spine switch
  • Every Spine switch is connected to every Leaf switch
  • Leaf switches do not connect to other Leaf switches.
  • Spine switches do not connect to other Spine switches.
  • End hosts only connect to ==Leaf== switches.

  • The path taken by traffic is randomly chosen to balance the traffic load among the Spine switches.
  • Each server is separated by the same number of ‘hops’ (except those connected to the same Leaf), providing a consistent latency for East-West traffic.
Spine-Leaf Topology Example

Small Office / Home Office (SOHO) Networks

Small Office / Home Office (SOHO) refers to the office of a small company, or a small home office with few devices.

  • SOHO networks don’t have complex needs, so all networking functions are usually provided by a single device, often called a ‘home router’ or ‘wireless router’ which can serve as a:
    1. Router
    2. Switch
    3. Firewall
    4. Wireless Access Point
    5. Modem
SOHO Topology Example

Jeremy’s IT Lab előadásvideó:

52. Nap - LAN Architektúrák (LAN Architecture)

Parancsok

Nincsenek parancsok :)

LAN Architektúra Információk

A hálózatok hatékonyabb hibaelhárításához és konfigurálásához elengedhetetlen a hálózattervezés alapjainak ismerete.

Gyakori Topológiai Fogalmak (Common Terminologies)

1. Csillag topológia (Star)

A star (csillag) topológia akkor alakul ki, amikor több eszköz mind egyetlen központi eszközhöz csatlakozik. Alakja a diagramokon csillagra emlékeztet, innen kapta a nevét.

Star (csillag) topológia

2. Teljes háló (Full Mesh)

A Full Mesh (teljesen összekapcsolt háló) topológiában minden egyes eszköz közvetlen kapcsolattal csatlakozik az összes többi eszközhöz.

Full Mesh topológia

3. Részleges háló (Partial Mesh)

A Partial Mesh (részlegesen összekapcsolt háló) topológiában bizonyos eszközök közvetlenül össze vannak kötve egymással a redundancia érdekében, de nem az összes mindegyikkel.

Partial Mesh topológia

Összehasonlítás (Comparison)

A 3 alaptopológia összehasonlítása

Architektúra Tervek (Architecture Designs)

Kétrétegű Campus LAN Modell (Two-Tier Campus LAN Design)

A two-tier LAN (kétrétegű LAN) modell tipikusan kisebb és közepes méretű hálózatokban használatos. Két hierarchikus rétegből áll:

  1. Access Layer (Hozzáférési réteg)
    • A réteg, amelyhez a végberendezések (end hosts) csatlakoznak (PC-k, IP telefonok, vezeték nélküli AP-k, nyomtatók, kamerák stb.).
    • Jellemzően nagy portsűrűségű switcheket alkalmaz a sok végpont kiszolgálására.
    • A QoS jelölések (marking) általában itt történnek.
    • A biztonsági funkciókat, mint a port security, DHCP snooping, DAI stb., ezen a rétegen futtatják.
    • A switchportok gyakran PoE-képesek a vezeték nélküli AP-k, IP telefonok és kamerák tápellátásához.
  2. Distribution Layer (Elosztási réteg)
    • Gyakran „Core-Distribution Layer”-ként vagy összevont magrétegként is hivatkoznak rá.
    • Összefogja (aggregálja) az Access Layer switchek felmenő kapcsolatait.
    • Tipikusan a határvonalat képezi a Layer 2 (kapcsolási) és a Layer 3 (forgalomirányítási) tartomány között.
    • A Distribution Layer switchek közötti kapcsolatok Layer 3 szintűek.
    • A two-tier LAN-ban ez a réteg csatlakozik a külső szolgáltatásokhoz (Internet, WAN stb.).
  • Ezt a modellt „Collapsed Core” (összevont mag) elrendezésnek is hívják, mert elhagyja a three-tier LAN modellben megtalálható különálló Core Layer (magréteg) szintet.
  • Az Access Layer és a Distribution Layer közötti kapcsolatok Layer 2 szintűek, ami redundáns kábelezésnél hurokhoz és broadcast storm-hoz vezethetne, ezért STP fut rajta a hurkok blokkolására.
  • A redundancia biztosítására több Distribution Layer switch üzemel, FHRP protokollal (pl. HSRP) támogatva az alapértelmezett átjáró (default gateway) magas rendelkezésre állását.
Two-Tier LAN topológia példa

Az előző ábrán jól felismerhető a három korábban bemutatott alaptopológia:

  • Star (csillag) topológia látható ott, ahol a végfelhasználói eszközök csatlakoznak az Access Layer switchekhez.
  • Partial mesh (részleges háló) topológia valósul meg az Access Layer és a Distribution Layer switchek összeköttetéseinél.
  • Full mesh (teljes háló) topológia alakul ki a Distribution Layer switchek egymás közötti kapcsolataiban.

Distribution Layer: Layer 3 kapcsolatok

  • A Distribution Layer switchek egymás közötti kapcsolatai Layer 3 (forgalomirányított) kapcsolatok.
  • Ez lehetővé teszi az útválasztási információk dinamikus routing protokollokkal (például OSPF-fel) történő gyors és hurokmentes cseréjét.

Háromrétegű Campus LAN Modell (Three-Tier Campus LAN Design)

A sok Distribution Layer switchből álló nagyvállalati (Campus) hálózatokban a Distribution switchek közötti közvetlen kapcsolatok száma robbanásszerűen megnő. Ez megnehezíti a hálózat skálázását és átláthatóságát.

A nagy LAN hálózatok hatékony skálázásához egy dedikált Core Layer (magréteg) kerül beépítésre. Ekkor a kialakítás egy three-tier LAN (háromrétegű LAN) modellé válik. (A Cisco ajánlása szerint érdemes külön Core Layer-t bevezetni, ha egyetlen telephelyen háromnál több Distribution Layer switch-pár/blokk működik.)

A három réteg összetétele:

  1. Access Layer (Hozzáférési réteg)
    • A végberendezések csatlakozási felülete (PC-k, telefonok, vezeték nélküli AP-k, nyomtatók, kamerák stb.).
    • Nagy portsűrűségű hozzáférési switchek.
    • QoS jelölés és alapvető biztonsági szűrések (port security, DHCP snooping, DAI stb.).
    • PoE tápellátás a végberendezéseknek.
  2. Distribution Layer (Elosztási réteg)
    • Aggregálja az Access Layer switchek kábelezését és forgalmát.
    • Kijelöli a határt a Layer 2 és a Layer 3 között (irányítás, routing, házirendek érvényesítése).
    • A felmenő kapcsolatok a Core Layer felé tisztán Layer 3 szintűek.
  3. Core Layer (Magréteg)
    • Összeköti egymással a különböző Distribution Layer blokkokat nagyvállalati hálózatokban.
    • Minden kapcsolata tisztán Layer 3 szintű, ezért ezen a szinten nincs szükség STP-re.
    • Kizárólag a rendkívül gyors és megbízható adatátvitelre fókuszál („fast transport”).
    • A CPU-igényes műveleteket (csomagszűrések, ACL-ek, mély QoS klasszifikáció, titkosítás stb.) ezen a rétegen szigorúan kerülni kell a maximális átviteli sebesség megőrzése érdekében.
    • Magas rendelkezésre állású, hibatűrő architektúra, amely egy-egy magkapcsoló kiesése esetén is megszakításmentes összeköttetést biztosít az egész LAN-ban.
Three-Tier LAN topológia példa

Spine-Leaf Architektúra (Spine-Leaf Architecture)

A Spine-Leaf Architektúra Kialakulásának Oka

  • Az adatközpontok (Data Centers) kifejezetten a szerverek, tárolók és hálózati berendezések elhelyezésére szolgáló létesítmények.
  • A hagyományos adatközpontok a klasszikus three-tier LAN architektúrát használták, ami kiválóan működött mindaddig, amíg a forgalom túlnyomó része North-South (Észak-Dél: kliens és a szerver közötti be- és kiáramló forgalom) irányú volt.
  • A modern virtualizáció és felhőtechnológiák elterjedésével az alkalmazások elosztott módon futnak több fizikai szerveren és konténerben, ami hatalmasra növelte a szerverek egymás közötti, úgynevezett East-West (Kelet-Nyugat) forgalmát.
  • A hagyományos three-tier LAN szűk keresztmetszeteket (bottlenecks) és kiszámíthatatlan késleltetést (latency variabilitás) okozott a szerverközti kommunikációban.
  • Ennek feloldására az adatközpontokban a Spine-Leaf architektúra (vagy Clos hálózati architektúra) vált az iparági szabvánnyá.

A Spine-Leaf Architektúra Részletei

  • Minden Leaf switch csatlakozik az összes Spine switchhez.
  • Minden Spine switch csatlakozik az összes Leaf switchhez.
  • A Leaf switchek egymással közvetlenül nem kapcsolódnak.
  • A Spine switchek egymással közvetlenül nem kapcsolódnak.
  • A végberendezések (szerverek, tárolók) kizárólag a ==Leaf== switchekhez csatlakoznak.

  • A forgalom útvonala ECMP (Equal-Cost Multi-Path) segítségével dinamikusan és egyenletesen oszlik meg a Spine switchek között.
  • Bármely két szerver között pontosan azonos számú ugrás (hop) van a hálózaton (kivéve, ha ugyanarra a Leaf switchre csatlakoznak), ami garantálja az egyenletes, minimális és kiszámítható késleltetést az East-West forgalom számára.
Spine-Leaf topológia példa

Kis irodai és otthoni hálózatok (SOHO Networks)

A Small Office / Home Office (SOHO) kisvállalati irodákra vagy kevés eszközzel rendelkező otthoni irodákra utal.

  • A SOHO hálózatok nem igényelnek bonyolult többeszközös infrastruktúrát, így az összes hálózati funkciót általában egyetlen integrált eszköz (úgynevezett otthoni vagy vezeték nélküli router) látja el, amely egyszerre működik mint:
    1. Router (Útválasztó)
    2. Switch (Helyi kapcsoló)
    3. Firewall (Tűzfal / NAT)
    4. Wireless Access Point (Vezeték nélküli hozzáférési pont)
    5. Modem (DSL, kábel vagy optikai végpont)
SOHO topológia példa

Graph View

Backlinks