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まず考え方を理解し、次のアクティビティで確認しましょう。

ネットワークが構築される形

2層、3層、スパインリーフ、そしてそれぞれの形が何を予測可能にしようとしているのかを学びます。

読了目安9分Design

できるようになること

  • コラプスドコアと3層階層を説明し、それぞれがどの場面に適するかを述べる
  • スパインリーフが階層構造にはない何を予測可能にするかを説明する
  • 物理トポロジーと論理トポロジーを区別する
  • 拠点の規模に対して妥当な設計を対応させる

この前に: スイッチとルーターがそれぞれ何をするか、ブロードキャストドメインとは何かを知っている必要があります - 「ホスト、スイッチ、ルーター」と「ブロードキャストドメインとVLAN」を参照。

重要な理由: 設計に関する問題は両方の試験で、計算ではなく認識として出題されます。説明を与えられ、アーキテクチャの名前を答えるという形です。それぞれの形が存在する理由は、その図よりも記憶に残りやすく、また、その形がふさわしくない場所で使われていることを教えてくれる手がかりでもあります。

ネットワーク設計は恣意的なものではありません。認知されている形はそれぞれ、特定の問題 - たいていはトラフィックがどう増えていくか、あるいは障害がどれだけの場所に波及しうるか - への答えです。形を図としてではなく答えとして学ぶと、はるかに忘れにくくなります。

物理と論理

配線がまったく同じ2つのネットワークでも、振る舞いはまったく異なることがあります。そこでまず区別すべきなのは、どう配線されているかと、トラフィックが実際にどう流れるかです。

同じ言葉が指す2つの異なるもの
種類説明するもの
物理トポロジーケーブルが実際にどこを通っているかすべてのデスクが1つの配線盤にケーブルで接続されている - 物理的なスター型
論理トポロジートラフィックがどう流れ、何がドメインを共有しているかそれらのデスクが3つのVLANに分かれている - 1つのスター型の上に3つの論理セグメントがある

3層で構成される階層

従来型のキャンパス設計では、責務を層ごとに分離します。こうすることで各デバイスの役割が1つに定まり、任意の2点間のトラフィックが予測可能な経路をたどります。

3つの層
役割最適化されている点
アクセス層エンドデバイスを接続し、ポート単位のポリシーを適用するポート数とコスト
ディストリビューション層アクセススイッチを集約し、VLAN間をルーティングし、ポリシーを適用するポリシーと集約
コア層ディストリビューションブロック間でできる限り高速にトラフィックを転送するスループットとシンプルさ

コア層は意図的に何もしないようにできています。フィルタリング、ポリシー、ルーティングの判断はディストリビューション層に属するべきものであり、そうすることでコア層は信頼性と速度を保てるほどシンプルなままでいられます。アクセス制御を行っているコア層は、設計上の危険信号として認識されるべきです。

2つの層を1つに畳み込む

ほとんどの組織は3層を必要とするほどの規模ではありません。2層構成、いわゆるコラプスドコア設計では、ディストリビューション層とコア層を1組のデバイスに統合し、アクセス層はそのままにします。

どちらを選ぶか
設計適する場面理由
2層 / コラプスドコア1棟、あるいは数棟の建物独立したコア層は、集約する対象がないままコストとホップ数を増やすだけになる
3層複数の建物またはディストリビューションブロックコア層はディストリビューションブロック同士を接続するために存在する - ブロックが1つしかなければ接続する相手がない

スパインリーフ

階層構造は、トラフィックの大部分がエンドデバイスからどこか別の場所へ - つまり上へ、外へ - 流れることを前提としています。データセンターはその前提を崩しました。現在では大半のトラフィックが同じ施設内のサーバー同士のもので、しかもそれはどの2台の間でも起こりえます。

スパインリーフファブリックでは、すべてのリーフがすべてのスパインに接続され、リーフ同士は接続されません。どのサーバーも、他のどのサーバーからも正確に2ホップの距離にあります - 上にスパインへ1ホップ、下にリーフへ1ホップです。

それぞれの形が与えてくれるもの
性質3層階層スパインリーフ
エンドポイント間の経路長どこに位置するかによって変わる常に同じ
想定されるトラフィック主にサイトの内外を出入りする主にサイト内のエンドポイント同士
容量の追加ある層をアップグレードするスパインをもう1台追加する
ループの管理スパニングツリーがリンクをブロックするすべてのリンクが有効で、ルーティングによって管理される

規模と境界

両方の試験で使われるその他の用語
用語意味
SOHOスモールオフィス・ホームオフィス - 通常はルーター、スイッチ、アクセスポイントを1台にまとめたもの
キャンパス自社が所有するリンクで結ばれた、1つの敷地内にある複数の建物
WAN一般的に賃借するリンクを使って、離れた場所にある拠点同士を結んだもの
オンプレミス自社が管理する建物内にある、自社が所有する設備
クラウド他社が運用する施設の中で借りている容量

この一覧の中でもっとも重要な境界線は、自社が所有するリンクと賃借するリンクの間にあります。所有するリンクでは、帯域幅はすでに購入済みのものであり、遅延は距離の問題にすぎません。賃借するリンクでは、その両方が契約の問題になり、WANはメガビットあたりのコストが設計に従うのではなく設計を形作り始める場所です。

ハイブリッド、そしてそれが通常の答えである理由

実際のほとんどの組織は、一部のサービスを自社設備で、一部を賃借した施設で運用し、両者を1本の接続で結んでいます。このハイブリッドな構成が最初から意図された最終形であることはめったになく、個々のサービスが異なるタイミングで移行していった結果であることがほとんどです。

その特徴は、2つの間の境界が依存関係になってしまうことです。他所でホストされているサービスに依存するオンプレミスのサービスは、その接続リンクを自らの障害経路の一部として抱えることになり、そのリンクは設計全体の中でもっとも冗長性の低い部分であることが多いのです。

用語

Collapsed core
ディストリビューション層とコア層を統合した2層設計。単一のディストリビューションブロックに適する。
Spine-leaf
すべてのリーフがすべてのスパインに接続されるファブリックで、任意の2つのエンドポイント間の経路長が等しくなる。
Logical topology
ケーブルの配線とは別に、トラフィックが実際にどう流れ、何がドメインを共有しているか。
SOHO
スモールオフィス・ホームオフィス - 通常はルーター、スイッチ、無線アクセスポイントを1台にまとめたデバイス。

重要なポイント

  • 物理トポロジーは配線であり、論理トポロジーはその上をトラフィックがどう流れるかである。
  • アクセス層はデバイスを接続し、ディストリビューション層はポリシーを適用し、コア層はトラフィックを転送するだけでそれ以外はほとんど行わない。
  • コア層はディストリビューションブロックを結びつけるために存在するので、ブロックが1つなら2層構成が正しい。
  • スパインリーフは任意の2つのエンドポイント間の経路長を等しくするが、階層構造にはそれができない。
  • ファブリック設計が実現するのは、ピーク速度ではなく一貫した遅延である。
  • WANとクラウドの用語における重要な境界線は、自社が所有するリンクと賃借するリンクの間にある。

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