Conception de réseaux hiérarchiques

Afin de répondre aux objectifs commerciaux et techniques d'un client en matière de conception d'un réseau d'entreprise, vous pouvez être amené à établir une topologie de réseau composée de nombreux composants interdépendants. Cette tâche est facilitée si vous pouvez "diviser et conquérir" la tâche et développer la conception par couches.
Les experts en conception de réseau ont développé le modèle de conception de réseau hiérarchique pour vous aider à développer une topologie en couches distinctes. Chaque couche peut être axée sur fonctions spécifiques, ce qui vous permet de choisir les systèmes et les fonctions appropriés pour la la couche. Par exemple, les routeurs WAN à haut débit peuvent acheminer le trafic sur le Backbone WAN de l'entreprise, les routeurs à vitesse moyenne peuvent connecter les périphériques utilisateurs et les serveurs à l'intérieur des bâtiments.

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Une topologie hiérarchique typique est

1. Une couche centrale de routeurs et de commutateurs haut de gamme qui sont optimisés pour la disponibilité et les performances.
2. Une couche de distribution de routeurs et de commutateurs qui mettent en œuvre des stratégies.
3. Une couche d'accès qui connecte les utilisateurs via des commutateurs et des points d'accès sans fil.

Pourquoi utiliser un modèle de conception de réseau hiérarchique

Les réseaux qui se développent sans qu'aucun plan ne soit mis en place ont tendance à à se développer dans un format non structuré. Peter Welcher, auteur d'articles sur la technologie et la articles sur la conception et la technologie des réseaux pour Cisco World et d'autres publications, qualifie les réseaux non planifiés comme des réseaux en boule de poils.

Welcher explique les inconvénients d'une topologie en boule de poils en soulignant les problèmes que causent un trop grand nombre d'adjacences d'unités centrales. Lorsque les périphériques communiquent avec un grand nombre d'autres dispositifs, la charge de travail requise des CPU sur les périphériques peut être lourde. Par exemple, dans un grand réseau plat (commuté), les paquets de diffusion sont lourds. Un paquet de diffusion interrompt l'unité centrale de chaque dispositif dans le domaine de diffusion, et demande du temps de traitement sur chaque dispositif pour lequel une compréhension du protocole pour ce domaine est disponible. Cela inclut les routeurs, les stations de travail et les serveurs.

Un autre problème potentiel avec les réseaux non hiérarchiques, outre les paquets de diffusion, est la charge de travail du CPU nécessaire aux routeurs pour communiquer avec de nombreux autres routeurs et traiter de nombreuses informations de route. La méthodologie de conception de réseau hiérarchique vous permet de concevoir une topologie modulaire qui limite le nombre de routeurs communicants.

L'utilisation d'un modèle hiérarchique peut vous aider à minimiser les coûts. Vous pouvez acheter les périphériques d'interconnexion appropriés pour chaque couche de la hiérarchie, évitant ainsi de dépenser de l'argent pour des fonctionnalités inutiles pour une couche. De plus, la nature modulaire du modèle de conception hiérarchique permet une planification précise de la capacité au sein de chaque couche de la hiérarchie, ce qui réduit les risques d'erreur ainsi que le gaspillage de bande passante. La responsabilité de la gestion du réseau et les systèmes de gestion du réseau peuvent être répartis entre les différentes couches d'une architecture de réseau modulaire afin de contrôler les coûts de gestion.

La modularité vous permet de garder chaque élément de la conception simple et facile à comprendre. La simplicité réduit la nécessité d'une formation approfondie pour le personnel d'exploitation du réseau et accélère la mise en œuvre d'une conception. Le test d'une conception de réseau est facilité par la clarté de la fonctionnalité de chaque couche. L'isolation des pannes est améliorée parce que les techniciens du réseau peuvent facilement reconnaître les points de transition dans le réseau pour les aider à isoler les points de défaillance.

La conception hiérarchique facilite les changements. Lorsque les éléments d'un réseau, le coût de la mise à niveau est limité à un petit sous-ensemble du réseau global. Dans les grandes architectures de réseaux plats ou maillés, les changements ont tendance à avoir un impact sur un grand nombre de systèmes. Le remplacement d'un dispositif peut affecter de nombreux réseaux en raison de la complexité des interconnexions.

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Comment savoir si vous avez un bon design de réseaux ?

Voici quelques réponses avisées de Peter Welcher qui sont basées sur les principes de la conception de réseaux hiérarchiques et modulaires :

1. Lorsque vous savez déjà comment ajouter un nouveau bâtiment, étage, liaison WAN, site distant, service de commerce électronique, etc.
2. Lorsque de nouveaux ajouts ne provoquent qu'un changement local, aux dispositifs directement connectés.
3. Quand votre réseau peut doubler ou tripler de taille sans modification majeure de la conception.
4. Lorsque le dépannage est facile car il n'y a pas d'interactions complexes entre les protocoles dont il faut s'imprégner.

Lorsque l'évolutivité est un objectif majeur, une topologie hiérarchique est recommandée car la modularité d'une conception permet de créer des éléments de conception qui peuvent être répliqués à mesure que le réseau se développe. Comme chaque instance d'un module est cohérente, l'expansion est facile à planifier et à mettre en œuvre. Par exemple, la planification d'un réseau de campus pour un nouveau site peut se résumer à la réplication d'une conception de réseau de campus existante.

Topologies plates et hiérarchiques

Une topologie de réseau plat est adéquate pour les très petits réseaux. Avec une conception de réseau plat, il n'y a pas de hiérarchie. Chaque périphérique d'interréseau a essentiellement la même fonction et le réseau n'est pas divisé en couches ou en modules. Une topologie de réseau plat est facile à concevoir et à mettre en œuvre, et elle est facile à maintenir, tant que le réseau reste petit. Cependant, lorsque le réseau s'étend, un réseau plat n'est pas souhaitable. L'absence de hiérarchie rend le dépannage difficile. Au lieu de pouvoir concentrer les efforts de dépannage sur une seule zone du réseau, vous devrez peut-être inspecter l'ensemble du réseau.

Topologies WAN plates

Un réseau étendu (WAN) pour une petite entreprise peut consister en quelques sites connectés en boucle. Chaque site possède un routeur WAN qui se connecte à deux autres sites adjacents via des liaisons point à point. Tant que le réseau WAN est petit (quelques sites), les protocoles de routage peuvent converger rapidement, et la communication avec n'importe quel autre site peut être rétablie lorsqu'un lien est défaillant. (Tant qu'un seul lien est défaillant, la communication se rétablit. Lorsque plusieurs liens tombent en panne, certains sites sont isolés des autres).

Une topologie en boucle plate n'est généralement pas recommandée pour les réseaux comportant de nombreux sites. Une topologie en boucle peut signifier qu'il y a de nombreux sauts entre les routeurs situés de part et d'autre de la boucle occasionnant un retard important et une probabilité de défaillance plus élevée. Si votre analyse du flux de trafic indique que les routeurs situés de part et d'autre d'une topologie en boucle échangent beaucoup de trafic, vous devez recommander une topologie hiérarchique plutôt qu'une boucle. Pour éviter tout point de défaillance unique, des routeurs ou des commutateurs redondants peuvent être placés dans les couches supérieures de la hiérarchie.

Topologies de réseaux locaux plats

Au début et au milieu des années 1990, la conception typique d'un réseau local était la suivante : Des PC et des serveurs reliés à un ou plusieurs concentrateurs dans une topologie plate. Les PC et les serveurs mettaient en œuvre un processus de contrôle d'accès au support, tel que le passage de jeton ou l'accès multiple par détection de porteuse avec détection de collision (CSMA/CD) pour contrôler l'accès à la bande passante partagée. Les appareils faisaient tous partie du même domaine de bande passante et avaient la capacité d'affecter négativement le délai et le débit des autres dispositifs.

De nos jours, les concepteurs de réseaux recommandent généralement de relier les PC et les serveurs à des commutateurs de couche de liaison de données (couche 2) plutôt qu'à des concentrateurs. Dans ce cas, le réseau est segmenté en petits domaines de bande passante de façon à ce qu'un nombre limité de périphériques se disputent la bande passante à tout moment. Cependant, les périphériques sont en concurrence pour le service par le matériel et le logiciel de commutation. Il est donc important de comprendre les caractéristiques de performance des commutateurs candidats.

Topologies maillées et topologies maillées hiérarchiques

Les concepteurs de réseaux recommandent souvent une topologie maillée pour répondre aux exigences de disponibilité. Dans une topologie à maillage complet, chaque routeur ou commutateur est connecté à tous les autres routeurs ou commutateurs. Un réseau à maillage complet offre une redondance complète et de bonnes performances car il n'y a qu'un seul retard de liaison entre deux sites. Un réseau à maillage partiel comporte moins de connexions. Pour atteindre un autre routeur ou commutateur dans un réseau à maillage partiel peut nécessiter de traverser des liens intermédiaires.

Le modèle hiérarchique classique à trois niveaux

La documentation publiée par Cisco Systems, Inc. et d'autres vendeurs de réseaux parlent d'un modèle hiérarchique classique à trois couches pour les topologies de conception de réseau. Le modèle à trois couches permet l'agrégation et le filtrage du trafic à trois niveaux successifs de routage ou de commutation. Cela rend le modèle hiérarchique à trois couches évolutif pour les grandes infrastructures Internet internationales.

Bien que le modèle ait été développé à une époque où les routeurs délimitaient les couches, le modèle peut être utilisé pour les réseaux commutés ainsi que pour les réseaux routés.

Chaque couche du modèle hiérarchique a un rôle spécifique. La couche centrale assure un transport optimal entre les sites. La couche de distribution connecte les services réseau à la couche d'accès et met en œuvre des politiques concernant la sécurité, la charge de trafic et le routage. Dans une conception WAN, la couche d'accès est constituée de routeurs situés à la périphérie des réseaux de campus. Dans un réseau de campus, la couche d'accès fournit des commutateurs ou des concentrateurs pour l'accès des utilisateurs finaux.

Lignes directrices pour la conception de réseaux hiérarchiques

Cette section décrit brièvement certaines directives pour la conception de réseaux hiérarchiques. En suivant ces directives simples, vous pourrez concevoir des réseaux qui tirent parti des avantages de la conception hiérarchique.
La première règle est de contrôler le diamètre d'une topologie de réseau d'entreprise d'entreprise hiérarchique. Dans la plupart des cas, trois couches principales sont suffisantes :

1. La couche centrale
2. La couche de distribution
3. La couche d'accès

Le contrôle du diamètre du réseau permet une latence faible et prévisible. Il vous aide également à prévoir les chemins de routage, les flux de trafic et les besoins en capacité. Un diamètre de réseau contrôlé facilite également le dépannage et la documentation du réseau.

Enfin, une autre ligne directrice pour la conception d'un réseau hiérarchique est que vous devez d'abord concevoir la couche d'accès, puis la couche d'accès puis la couche de distribution, et enfin la couche centrale. En commençant par la couche d'accès, vous pouvez planifier plus précisément la capacité des couches de distribution et du noyau. Vous pouvez également reconnaître les techniques d'optimisation dont vous aurez besoin pour les couches de distribution et de base.

Voir aussi

Conception du réseau Modulaire

Organigramme hiérarchique

Structure d'organisation hiérarchique

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