what is wide area network
ワイドエリアネットワーク（WAN）ネットワーク設計について知っておくべきこと：
これで ネットワーキングトレーニングシリーズ 、私たちはすべてについて学びました TCP / IPモデル 前のチュートリアルで。
このチュートリアルでは、例とともにWANについて詳しく説明します。
ワイドエリアネットワーク（WAN）は、コンピュータネットワーキングを主な目的として、地理的に広い地域に広がる通信ネットワークです。 WANネットワークは、さまざまな小規模ローカルエリアLANネットワークとメトロエリアMANネットワークを接続します。
WANネットワークを構築するには、ブリッジ、スイッチ、ルーターなどのさまざまなネットワークデバイスの組み合わせが必要です。
最もよく知られているWANネットワークはインターネットです。 WANネットワークは、都市、州、国、さらには大陸をカバーしています。 WANは、パブリックネットワークまたはプライベートネットワークにすることができます。
学習内容：
WANネットワーク設計の概要
ネットワークが長距離に分散しているため、高帯域幅の信頼性が高く高速な伝送メディアが必要です。したがって、光ファイバーケーブルは主にWAN接続に使用されます。 WANで使用されるスイッチング技術には、ネットワークアーキテクチャに応じて、回線とパケットの両方のスイッチングが含まれます。
WANネットワークは、企業の本社がブランチオフィスおよび集中型データセンターに接続され、関連性がある場合はすべてのエンドユーザーにインターネット接続できるように設計されています。
このチュートリアルでは、WANテクノロジーにおけるSTMリンクの重要性を考慮したWANネットワークの設計面について説明します。
設計上の懸念
- ネットワークは、設計されたアーキテクチャ全体が費用効果が高く、予算内に収まるように設計する必要があります。
- 接続に使用されるリンクは、信頼性が高く、保護されている必要があります。保護をプロビジョニングすることにより、1つのリンクに障害が発生した場合でも、保護リンクを使用してネットワークは存続します。
- 全体的なネットワークスループットが最も良くなり、パケット遅延が可能な限り最小限に抑えられる必要があります。
- ネットワークは、干渉、ジッター、およびパケット損失が最小限になるように設計する必要があります。
- 適切に設計されたネットワークの基本的な目標は、最短パスを使用して、送信元ホストから宛先ホストにデータを配信することです。
- ネットワークに装備されているコンポーネントは、適切に利用および管理する必要があります。
- 信頼性が高く安全な送信を提供するには、強力なファイアウォールシステムを使用する必要があります。
- ネットワークトポロジ、伝送モード、ルーティングポリシー、およびその他のネットワークパラメータは、実装するシステムのタイプとニーズに応じて選択する必要があります。
WANネットワーキングテクノロジー
WANネットワークの設計に使用されるテクノロジーは2つあります。
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以下は分類です。
- 回線交換： 回線交換の例には、DWDM、SDH、またはTDMが含まれます。
- パケット交換： スイッチングのタイプには、ATM、フレームリレー、マルチプロトコルラベルスイッチング（MPLS）、およびIPV4またはIPV6が含まれます。
＃1）回線交換
これは、通信プロセス全体を通じて2つの通信ノード間に専用の通信チャネルを確立する通信ネットワークシステムを採用する方法です。チャネルまたは回線には、通信プロセス全体で専用の帯域幅が提供されています。
SDHおよびDWDM テクノロジーは、通信に回線交換を使用します。
考えます例ソフトウェアテスト企業の 、本社がムンバイにあり、支社がチェンナイ、ハイデラバード、プネにそれぞれある間、バンガロールに研究開発センターがあります。
現在、企業の必要性は、ムンバイの本社とともにすべてのオフィスを相互に接続することです。データセンターも本社に直接接続されます。
すべてのテストと開発はバンガロールのオフィスで行われるため、リンクは保護され、信頼性と安全性が必要です。これらのリンク間で交換されるデータのサイズは非常に大きく、これらのWANリンク間で一度に非常に大量のデータが流れる可能性があります。
したがって、これらすべての点を念頭に置いて、すべての都市と企業のR＆Dセンター間の接続には、高帯域幅と大容量のデュアルSTMリンクをお勧めします。
もちろん、伝送媒体として光ファイバーが使用されており、ファイバーを介した接続にはSTMリンクを使用しています。
同期トランスポートモジュール（STM）：
21個のE1（30個の音声/データチャネルを含む2 Mbpsストリーム）が組み合わされてVC（仮想コンテナ）を形成します。 3つのVCが組み合わされて、63のE1を含むSTM-1モジュールが形成されます。
STMリンクの帯域幅は異なります。基本的なものはSTM-1であり、同期デジタル階層の最初のレベルです。 155Mbpsの帯域幅を提供します。 4つのSTM-1を足し合わせると、622Mbpsの帯域幅を提供するSTM-4になります。
さらに、4個のSTM-4を組み合わせて約2.5 Gbpsの帯域幅を占めるSTM-16を形成し、次に4個のSTM-16を組み合わせて約10Gbpsの帯域幅を占めるSTM-64を形成します。
これらのSDHシステムは、設計が非常に洗練されており、PDHシステムが占めるスペースの10分の1未満しか占有しません。また、電力要件はここでは著しく少なくなっています。
これよりもさらに多くの帯域幅が必要な場合は、4/8/16または32ラムダ構成の形式で提供されるDWDMシステムを使用する必要があります。各ラムダは、必要に応じて負担できる複雑さとコストに応じて、PDHまたはSTM-1からSTM-64までの任意の量の帯域幅を伝送できます。
高密度波長分割多重（DWDM）は、さまざまなサイズの多数のデータストリーム、つまりレーザー光のさまざまな波長（カラーまたはラムダ）の光キャリア信号を単一の光ファイバーに結合する多重技術です。
DWDMは、双方向通信と信号容量の乗算を可能にします。
| SDHレベル | ペイロード帯域幅（Mbps） | ラインレート（Mbps） |
|---|---|---|
| STM-1 | 150,336 | 155.52 |
| STM-4 | 601,344 | 622.08 |
| STM-16 | 2405,376 | 2488.32 |
| STM-64 | 9621,504 | 9953.28 |
STM-1フレームは正確に125で送信されます µs したがって、155.52Mbpsシステムでは毎秒8,000フレームがあります。 STM-1フレームは、オーバーヘッドとポインタ、および情報ペイロードで構成されています。
フレームの主な特徴は次のとおりです。
転送されるペイロード情報にはVC-4フレームがあります。
Section Over Headは、フレームのヘッダーであり、さらに次のように分割されます。
- RSOH（再生器セクションオーバーヘッド）： このセクションでは、フレームの位置合わせ、スクランブル、および伝送ラインの調整を行います。これには、主に弱い信号の再生が含まれ、エラーの問題が調べられます。
- MSOH（マルチプレクサセクションオーバーヘッド）： このセクションでは、AUG（ 例： AU-4）を組み立て、分解します。マルチプレックスセクションの同期、状態通信、およびエラー検査を監視します。
- AU-4（管理ユニット）ポインター： ペイロード（VC-4）は、フレーム（動的フレーミング）と比較した場合、フィッティングフェーズの状況ではなく、ポインターはフレームと比較したペイロードの状況を示します。ポインタを変更することで、VCとペイロード間の位相とレートの差を等しくすることができます。
- AU-4 PTR（ポインター）： VC-4フレームの最初のバイト（VC-4 POH J1バイト）を指します。
STMフレームは、連続シリアル方式で送信されます。 バイトごとおよび行ごと。
140 MbpsのPDH信号ストリームは、VC-4フレームに直接マッピングできます。
フレームの主なパラメータは次のとおりです。
フレーム時間：125 µs
フレームは9行と270バイト×行で構成されています。
9 x 270 x 8 x 8000 = 155 520000ビット/秒
| | + +フレーム/秒（フレーム時間：125 µs）
| | |
| | +1バイト= 8ビット
| +270バイトが連続しています
+フレームの行数
フレームは2430バイト（オクテット）で構成されています。
ペイロードは2349バイト（オクテット）で構成されます。
オーバーヘッドは81バイト（オクテット）で構成されます。
伝送用のSDH階層の上記の機能により、信頼性の高い同期長距離通信のための高速および高帯域幅の伝送メディアに最適です。
＃2）パケット交換
パケット交換は、データがパケットの形でネットワークに送信される一種の交換プロセスです。
データの大きなチャンクは、最初にパケットと呼ばれる小さな可変長データに分割されます。次に、これらは伝送メディアを介して送信されます。宛先側で、これらは再組み立てされ、宛先のホストに配信されます。
この方法では、リンクの事前設定は必要ありません。データ転送は高速で、送信遅延は最小限です。パケット交換はストアを展開し、パケットをルーティングするための手順を転送します。各パケットには送信元アドレスと宛先アドレスの両方があり、さまざまなパスをたどって宛先に到達できます。
いずれかのホップレベルで輻輳が発生した場合、パケットは別のパスをたどって宛先に到達します。受信者がデータパケットを破棄した場合、再送信できます。
パケット交換には2つのタイプがあります。 コネクション型およびコネクションレス型スイッチング 。
（私） コネクションレス型スイッチング ：ビデオストリーミング、オンラインゲーム、オンラインTV、インターネットなどでは、コネクションレス型パケット交換は、送信中に一部のパケットが失われたかのように使用され、データ全体に大きな影響を与えません。
（ii） コネクション型スイッチング ：請求書およびデータ送信では、コネクション型のパケット交換が使用されます。
IPV4とIPV6は、いくつかの一般的なタイプのパケット交換方法です。
WANネットワークトポロジ
ネットワークシステムで使用されるネットワークトポロジにはいくつかの種類があります。ただし、WANの目的で最も一般的に使用されるのは、デュアルリングトポロジとメッシュトポロジです。
WANシステムは物理的に数百キロメートル離れた場所にあるため、メディアの故障やデバイスの障害が発生した場合に大きな停止を回避するために、主に保護リンク方式で動作することが非常に重要です。
したがって、デュアルリングトポロジが展開され、すべてのホストネットワークデバイスは、最初のプロビジョニングに最後に接続された別のプロビジョニングを介して両方向に接続されます。したがって、ファイバーの切断やデバイスの障害が発生した場合、データフローは、ネットワークを存続させることによって保護リンクを介して実行されます。
それは費用効果が高く、切り替えは非常に高速です。これは主に通信ネットワークシステムで使用されます。
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メッシュトポロジでは、すべてのノードがポイントツーポイントトポロジで相互に接続されます。ソフトウェアMNCのように、トラフィック量が多い場合に使用されます。メッシュトポロジを使用すると、広い領域をカバーするのが簡単で、障害の識別と復元も簡単です。再構成に対してより柔軟なアプローチを提供します。
基本設計モデルコンポーネント
WANネットワークの基本設計モデルコンポーネントは次のとおりです。
- 最初に、ネットワークのアーキテクチャの特定のシナリオに従ってネットワークトポロジを生成します。上記のセグメントでは、WANネットワークに適したトポロジについて説明しました。したがって、優れた設計ソリューションで重要な役割を果たすため、そのうちの1つを選択してみてください。
- トポロジを選択した後、最適なルーティングアルゴリズムに従ってトラフィックを宛先にルーティングします。
- 次のタスクは、ネットワークの各ノードでの発信トラフィックと着信トラフィックを決定することです。トラフィックを決定するために、さまざまなタイプの数式が使用されます。トラフィックの見積もり後、各リンクの容量を決定し、それに応じて各ノードとリンクに容量を割り当てます。
- 次のレベルでは、ネットワークの遅延の種類を特定し、遅延ポイントを確認する必要があります。また、可能な限り遅延を最小限に抑えることができる対策を講じ、そのような方法論を使用してください。最小は遅延であり、最良はネットワークソリューションです。最も一般的な遅延には、ルーティングとキューイングの遅延が含まれます。
- さまざまなテストを適用し、ネットワークの全容量にロードして、ネットワークモデルの信頼性を確認します。ネットワークがうまく機能している場合、それは良いアプローチです。そうでない場合は、アプローチを変更してください。
- 適切なテストをすべて実行し、あらゆる種類のネットワーク設計アクティビティを完了した後、最終的にネットワークモデルのコストを計算します。ネットワーク要素の最適な利用は非常に重要です。アドオンするには、コストは顧客が提案する予算内にある必要があります。
WANネットワークの実例
以下に、WANネットワークのいくつかのライブ例を示します。
例1：
インド鉄道予約システム： IRCTCによって維持されているインドの鉄道の予約システムはWANネットワークの一例です。 RAILTEL、BSNL、TATAなどのメディアプロバイダーの光ファイバーネットワークは、接続のために高速および帯域幅のSTM-4、STM-16リンクで使用されます。
STMリンクは、数百キロメートルにわたって安全で同期した迅速な伝送を提供するため、予約システムに導入され、1つのネットワークで全国を接続します。
例2：
UP-SWANネットワーク： UP政府の州全体のエリアネットワークは、州のすべての地区と町をそれぞれラクナウ、ゴーラクプル、バラナシの3つのコアノード地区に接続し、STM-16リンクを使用して各コアノードを相互に接続するWANネットワーク設計の例です。これは、デュアルリングトポロジで機能しています。
コアノードは相互に直接接続されているため、データ、音声、またはビデオをリアルタイムで簡単に交換できます。また、リンクはメインパスと保護パスで機能します。したがって、ファイバーがそれらのいずれかの間で切断された場合、ネットワークは稼働し、サポートリンクによるフローでデータを取得します。
低容量のSTMおよびDS3に接続されている他のすべての地区および町は、それらが属する地域に応じて、それぞれのコアノードにリンクします。 UP-SWANはライブネットワークであり、HCLテクノロジーズと国立情報センター（NIC）によって維持されています。
例3：
ソフトウェアMNCネットワーク： ソフトウェアと情報技術の分野で働く人々は、本社と地域のオフィス間の接続にWANネットワークを使用してデータを共有し、ソフトウェアテストツールやエンドホストがアクセスできるその他のツールなどの集中サーバーにデータを配置します。 IT管理者によって与えられた権利に従って。
組織は、ルーターとスイッチを介して接続し、伝送技術として回線交換の代わりにパケット交換を使用できます。
音声ではなく、送信元と宛先の間でデータ、画像、またはビデオを交換するだけなので、STMリンクにお金をかける必要はありません。彼らは、接続性のソフトウェア分野の中で最新かつ有名なIPV4またはIPV6テクノロジーを使用できます。
複数のオフィス接続のためのWAN設計
上の図は、本社オフィスとその地域およびリモートエンドオフィスとの接続のWAN設計を示しています。地方事務所の場所は大都市である可能性があり、その結果、さまざまな地区がそれに接続することができます。一方、リモートサイトオフィスは特定の場所のサイトまたはオフィスです。
接続するリモートサイトの場所の数が数百の場合はルーターを使用する必要はありませんが、サイトの数が数千の場合は、高速WANリンクを備えたルーターが必ず必要です。
リモートエンドWANの設計： リモートエンドの設計プロセスは簡単です。リモートエンドに必要なルーターとスイッチは1つだけです。
スイッチは、PCやサーバーなどのエンドデバイスに接続されています。ルーターとスイッチ間の接続には、1ギガビットの速度を提供するギガビットイーサネットと呼ばれる高速イーサネットリンクを使用します。
PCとスイッチ間の接続には単純なDS3リンクを使用します。これは、これら2つのデバイスでデータルーティングの負担がないためです。それらはレイヤー1とレイヤー2でのみ機能します。 DS3リンクは45Mbpsの速度をプロビジョニングします。このレベルでは保護リンクは必要ありません。
地域WAN設計： リモートサイトにあるルーター1と地域オフィスにあるルーター2の間の接続は、高速かつ高帯域幅のSTM-4デュアルリンクプロビジョニング帯域幅601.3Mbpsで行われます。
デュアルリンクは、冗長性を提供するために2つのSTM-4リンクがそれらの間に確立されることを意味します。何らかの理由でいずれかのリンクに障害が発生した場合、もう一方のリンクが負荷を引き継ぎ、接続は維持されます。
この場合も、ギガビットイーサネットリンクを使用してルーターをスイッチに接続します。このレベルでは、マスター＆スレーブモードで動作し、ネットワークに冗長性を提供する2つのスイッチが接続に使用されます。これら2つは、高速リンクをプロビジョニングするイーサネットポートのパッチコードを介して相互に接続されます。
ルーターは両方のスイッチに接続されています。トラフィックが多いなどの理由で1つのスイッチが機能しなくなった場合、データフローは別のスイッチを介して継続されることを念頭に置いて設計が行われます。エンドデバイスは、DS3リンクを備えたスイッチに接続されています。
コアロケーションWAN設計： コアロケーションでは、デュアルルーターとデュアルリンク接続のシナリオが展開されます。企業のコアロケーションは大量のトラフィックを伝送するため、2つのSTM-16リンクが使用されます。
ここで、STMリンクはリースされたメディアファイバーに基づいていることに注意してください。同じリンクを2つの異なるメディアプロバイダーに常に接続するには、メディアをリースする必要があります。同様に、1つのメディアをRAILTELから、または別のメディアをTATAから取得します。これにより、ネットワークをより消極的かつ効率的にします。
この場合も、デュアルスイッチ設計が使用され、両方のルーターがイーサネットリンク上の両方のスイッチに接続されます。サーバーとPCは、それぞれイーサネットリンクとDS3リンクのスイッチを介して接続されます。
交通流： リモートエンドのエンドユーザーは、データの形式でコアオフィスサイトに情報を送信したいと考えています。ここで、リモートエンドのスイッチは、コアオフィスに送信するためにデータをルーターに送信します。
ルーター1は、STMリンクを介して中間ルーター2をバイパスし、データをルーター3にルーティングします。これで、ARPを実行し、受信者の宛先MACアドレスを提供するときに、スイッチを使用してデータが宛先ホストに配信されます。
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リンク障害の場合： 上の図に示すように、ルーター1とルーター2の間の1つのリンクに障害が発生した場合、トラフィックは保護リンクを介して流れます。
同様に、コアロケーションでは、スイッチ3がデータをレシーバーに配信できない場合、またはビジー状態の場合、両方が相互に接続されているため、データはスイッチ4を介してルーティングされます。したがって、いずれかの端でのリンクまたはデバイスの障害は、ネットワークの全体的なパフォーマンスに影響を与えません。
結論
WAN設計におけるSDHリンクの重要性とともに、WANネットワークの基本的な設計概念について学びました。ネットワークシステムにWANテクノロジーを使用するシステムの実例もここで説明されています。
ソフトウェアテスターであるため、ソフトウェアおよび情報技術の分野における高速および高帯域幅のSTMリンクの重要性を理解することが重要です。通信システムは、WANシステムを使用することで、より信頼性が高く、高速で、費用効果が高くなっています。
また、簡単な例を通じて、ネットワーク内の複数のオフィス接続のWAN設計構造を分析しました。