Sripatum University IS516 การสื่อสารคอมพิวเตอร์และเครือข่าย Computer Communication and Networks การสื่อสารคอมพิวเตอร์และเครือข่าย Asst.Dr.Surasak Mungsing surasak.mu@spu.ac.th mungsing@gmail.com http://www.spu.ac.th/teacher/surasak.mu Sripatum University

Lecture 07 Network Design

Design Activities collection of requirement and user expectations The design activity is truly an in-depth process, which includes: collection of requirement and user expectations determine type of current and future data traffic based on growth rate of data and additional servers determine all layer 1, 2 and 3 network devices to be used in the network system Design Activities The design activity is truly an in -depth process, which includes: รวบรวมความต้องการและความคาดหวังของลูกค้า กำหนดรูปแบบการจราจรของข้อมูลปัจจุบันและใน อนาคตตามการเติบโตและการเพิ่มของเครื่องแม่ข่าย กำหนดอุปกรณ์การสื่อสารทั้งหมดที่ใช้ในชั้นการสื่อสาร ชั้นที่ 1, 2 และ 3 พร้อมกับรูปแบบของเครือข่าย จัดทำเอกสารการสร้างเครือข่ายทั้งแบบ physical และ logical Create documents for both physical and logical design

LAN Design Goals Functionality – network must work at reasonable speed and reliability Scalability – network must be scalable without sig รดรฟะ change of overall design Adaptability – network design must take consideration of future technology and must not use components or devices not support by future technology when the time comes LAN Design Goals Functionality – เครือข่ายต้องทำงานด้วยความเร็วและความน่าเชื่อถืออย่างสมเหตุผลสมผล Scalability – เครือข่ายต้องขยายได้โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงการออกแบบที่สำคัญในภาพรวม Adaptability – เครือข่ายต้องออกแบบโดยคำนึงถึงเทคโนโลยีในอนาคตด้วย และต้องไม่ใช้ส่วนประกอบที่เป็นข้อจำกัดในการนำเอาเทคโนโลยีใหม่มาใช้เมื่อถึงเวลานั้นมาถึง Manageability – เครือข่ายต้องออกแบบเพื่อเอื้อต่อการเฝ้าตรวจและการบริหาร Manageability – design must support network monitoring and management

Design Methodology Analyze requirements Develop LAN structure (topology) Set up addressing (and naming conventions) and routing Design Methodology วิเคราะห์ความต้องการ - Analyze requirements พัฒนาโครงสร้างเครือข่ายท้องถิ่น - Develop LAN structure (topology) กำหนดที่อยู่บนเครือข่าย - Set up addressing (and naming conventions) and routing

Analyze Network and User Requirements Business issues Technology issues Administrative issues Gather Data (corporate structure, business information flow, application in use, current topology, etc.) Business requirements Technical requirements Applications or business operations Availability requirements (throughput, response time, access to resource) Analyze Network and User Requirements ประเด็นด้านธุรกิจ - Business issues ประเด็นทางเทคนิค - Technology issues ประเด็นด้านการบริหาร - Administrative issues การรวบรวมข้อมูล - Gather Data (corporate structure, business information flow, application in use, current topology, etc.) ความต้องการทางธุรกิจ - Business requirements ความต้องการทางเทคนิค - Technical requirements การประยุกต์ใช้งานและการดำเนินธุรกิจ - Applications or business operations ความต้องการด้านความพร้อมใช้งาน - Availability requirements (throughput, response time, access to resource)

Analyze Network Load Requirements Client/Server Host/terminal Routing protocols backup worst-case traffic load Analyze Network Load Requirements วิเคราะห์ความต้องการของโหลดในเครือข่าย การใช้งานแบบ Client/Server การใช้งานแบบ Host/terminal โปรโตคอลการจัดเส้นทาง (Routing protocols) การจัดตารางการบริการอย่างสม่ำเสมอ เช่นการทำbackup ประเมิน worst-case traffic load ระหว่างช่วงการใช้งานที่หนาแน่นที่สุดและการให้บริการเครือข่างตามๆตารางที่กำหนด

Extended Star Topology Develop LAN Topology Use LAN topology that fulfils requirements Topology Star Topology Extended Star Topology Develop LAN Topology รูปแบบเครือข่ายท้องถิ่นที่ตอบสนองความต้องการได้ รูปแบบเครือข่าย Star Topology Extended Star Topology

Ethernet Technology Segmentation Make more collision domains Bridge and switch use for segmentation Make more collision domains Is still single broadcast domain Collision domain (bandwidth domain) Repeaters and hubs broadcast collisions but not for switches, bridges androuters Broadcast domain Group of devices will receive frames from a device in the group Broadcast domains scope are limited by routers because they do rebroadcast frames Ethernet Technology Segmentation Bridge และ switch ใช้ในการทำ segmentation ส่งผลให้เกิดเป็นหลาย collision domains ยังคงเป็น single broadcast domain Collision domain (bandwidth domain) Repeaters และ hubs กระจายสัญญาณ collisions ส่วน switches, bridges และ routers ไม่ Broadcast domain กลุ่มของอุปกรณ์สื่อสารจะได้รับ frames ที่ส่งจากอุปกรณ์ตัวใดตัวหนึ่งในกลุ่มนั้น Broadcast domains มักถูกจำกัดขอบเขตโดย routers เพราะ routers ไม่กระจาย broadcast frames ต่อ

Network Design Three types of topology design according to OSI model Layer 1 - Physical Layer Related to type of transmission lines such as CAT5 UTP and fiber- optic cable and also EIA/TIA 568 standard for line connection Layer 2 - Data Link Layer Related to selection of layer-2 devices, e.g. bridges or LAN switches for connecting layer-1 devices to LAN segment. Layer-2 layer devices define collision and broadcast domains. Network Design ส่วนประกอบหลักของการออกแบบรูปแบบเครือข่าย แบ่งออกเป็น 3 ประเภทตาม OSI model Layer 1 - Physical Layer เกี่ยวข้องกับประเภทของสายสัญญาณ เช่น CAT5 UTP และ fiber-optic cable พร้อมกับมาตรฐาน EIA/TIA 568 สำหรับการเชื่อมต่อสายสัญญาณ Layer 2 - Data Link Layer เกี่ยวข้องกับ การเลือกอุปกรณ์เครือข่ายใน Layer 2 เช่น bridges หรือ LAN switches ที่ใช้ในการเชื่อมต่อสื่อสัญญาณใน Layer 1 เข้ากับ LAN segment อุปกรณ์ในชั้นการสื่อสารนี้จะเป็นตัวกำหนดขนาดของ collision and broadcast domains. Layer 3 - Network Layer เกี่ยวข้องกับการเลือกอุปกรณ์การสื่อสารที่ทำงานใน layer 3 เช่น routers ซึ่งใช้ในการสร้าง unique LAN segments and ทำให้เกิดการสื่อสารระหว่าง segments ด้วย ที่อยู่บน layer 3 เช่น IP address Layer 3 - Network Layer Related to selection of layer-3 devices, e.g. routers that create unique LAN segments and communicate using layer 3 address such IP address

Design Goals Physical Layer Creates communication layer focus on speed and performmance Data Link Layer Build MDFs or IDFs such that end hosts are group in Layer 1 to create physical LAN segment Install LAN switches using microsegmentation to reduce size of collision domain Build signal distribution point in network topology so that users are group (at Layer 2) as virtual workgroups (VLANs) and unique broadcast domains. Network Layer Create communication path among LAN segments to filter flow of data packets Separate ARP protocol separate collisions among segments. Filter layer-4 services among segments Design Goals Physical Layer Design Goal: สร้างชั้นการสื่อสารโดยคำนึงถึงความเร็วและการขยายขีดความสามารถ Data Link Layer Design Goals: สร้างจุดรวมสัญญาณภายใน MDFs or IDFs ซึ่ง end host จัดเป็นกลุ่มที่ Layer 1 เพื่อสร้าง physical LAN segment ติดตั้ง LAN switch ซึ่งใช้ microsegmentation เพื่อลดขนาดของ collision domain สร้างจุดรวรมสัญญาณ (ที่ Layer 2) ของรูปแบบเครือข่ายซึ่งผู้ใช้จะถูกจัดเป็นกลุ่ม virtual workgroups (VLANs) และ unique broadcast domains. Network Layer สร้างเส้นทางสื่อสารระหว่าง LAN segments ซึ่งจะกรองการไหลของ data packets แยก ARP protocol แยก collisions ระหว่าง segments. กรองบริการใน Layer 4 ระหว่าง segments

Cable Types and Wiring Configurations Copper Coaxial Twisted pair Fiber-optic Multimode Single-mode Wiring configurations Star/Extended Star Distance limitations Cable Types and Wiring Configurations Copper Coaxial Twisted pair Fiber-optic Multimode Single-mode Wiring configurations Star/Extended Star Distance limitations

Extended Star Topology Define standard according to EIA/TIA Build groups of network and connect them with vertical cabling (Catchment areas ) All vertical cabling connect to MDF to build a single LAN segment Vertical cabling - (Backbone cabling) transmission line that connects wiring closets and POP, and POP of other buildings that are parts of the same LAN Extended Star Topology กำหนดโดยมาตรฐาน EIA/TIA สร้างเครือข่ายที่อยู่ในบริเวณเดียวกัน (Catchment areas ) เชื่อมต่อกันเป็นกลุ่มๆ แล้วเชื่อมต่อกันด้วย vertical cabling Vertical cabling ทั้งหมดต่อเข้ากับ MDF เพื่อสร้าง single LAN segment Vertical cabling - (Backbone cabling) สายสัญญาณที่เชื่อมต่อกันระหว่าง wiring closets, wiring closets และ POP, และระหว่าง buildings ที่เป็นส่วนหนึ่งของ LAN เดียวกัน Catchment areas – โซนที่อยู่ในบริเวณที่ให้บริการโดยอุปกรณ์เชื่อมต่อเครือข่าย เช่น hub. IDF - Intermediate Distribution Facility. ห้องการสื่อสารรองในอาคารที่ใช้รูปแบบเครือข่ายแบบ star และIDF จะขึ้นอยู่กับ MDF. Catchment areas – areas that are serviced by networking device such as hubs IDF - Intermediate Distribution Facility. Secondary network distribution room in a building for star network topology, a dependence of MDF.

Layer 2 - LAN Switching Objective of Layer 2 (Data Link Layer) is to control data flow and correct errors in network. The devices are NIC, Bridges and LAN switches LAN switches (Layer 2 Switch) are capable to allocate bandwidth to a port, therefore it can assign very high bandwidth to vertical cabling, uplinks and servers Layer 2 - LAN Switching วัตถุประสงค์ของอุปกรณ์สื่อสารใน Layer 2 (Data Link Layer) คือใช้ในการควบคุมการเคลื่อนไหล การตรวจและแก้ไขข้อผิดพลาดในเครือข่าย อุปกรณ์สื่อสารใน Layer 2 ที่รู้จักกันโดยทั่วไป (นอกเหนือจาก NIC ซึ่งทุก host ในเครือข่ายต้องมี) คือ Bridges และ LAN switches LAN switches (Layer 2 Switch) สามารถจัดสรร bandwidth แบบให้กับ port ได้ตามต้องการ ดังนั้นจึงจัด bandwidth มากๆให้กับ vertical cabling, uplinks and servers ได้ The theoretical maximum bandwidth for a Layer 2 Switch = (No-of-ports * Bandwidth)/2 The theoretical maximum bandwidth for a Layer 2 Switch = (No-of-ports * Bandwidth)/2

MDF-Main Distribution Facility MDF - Main Distribution Facility. A main distribution room in a building for star topology, which contains patch panels, hub, and router In a simple star topology, there is only one main distribution facility (MDF) that includes horizontal cross connect (HCC) patch panels. HCC patch cables used to connect Layer 1 'horizontal cabling' (Layer 1) to LAN switch ports (Layer 2) uplink port of LAN switch connects to Ethernet port of router (Layer 3 ) using‘ patch cable'. At this point, end host connects to router port Quality of horizontal cable and number of ports of HCC patch panels will be defined by user requirements MDF-Main Distribution Facility MDF - Main Distribution Facility. เป็นห้องชุมสายสื่อสารหลักของอาคาร เป็นศูนย์กลางของรูปแบบเครือข่ายแบบ star ซึ่งมี patch panels, hub, and router ในรูปแบบเครือข่ายแบบ simple star ที่มีห้องชุมสายเพียงห้องเดียว main distribution facility (MDF) จะรวมหนึ่งหรือมากกว่า horizontal cross connect (HCC) patch panels. HCC patch cables จะใช้ในการเชื่อมต่อ Layer 1 'horizontal cabling' ของ Layer 1 กับLAN switch ports ของ Layer 2 uplink port ของ LAN switch จะเชื่อมต่อกับ Ethernet port ของ router (Layer 3 ) โดยใช้ 'patch cable'. ณ จุดนี้ end host จะต่อเข้ากับ router port คุณภาพของ horizontal cable ที่ใช้วางสายและขนาด(จำนวนพอร์ต) ของ HCC patch panels จะถูกกำหนดโดยความต้องการของผู้ใช้

Use Switches to reduce congestion Use microsegmentation to limit collision domains Cascade switches and hubs Reassign use of resources to appropriate needs Use Switches to reduce congestion หลีกเลี่ยงความคับคั่งในเครือข่ายท้องถิ่นโดยการใช้microsegmentation เพื่อกำจัด collision domains Cascade switches and hubs ปรับทรัพยากรที่มี ให้เหมาสมกับความจำเป็นของอุปกรณ์

Microsegmentation Divide network into small segments to improve overall bandwidth of network Installation of LAN switching at MDF and IDFs affects size of collision domains and data speed in each of horizontal cable and vertical cable. Vertical cable must handle all data traffic between MDF and IDFs therefore requires higher capacity Microse gmentation แบ่งเครือข่ายออกเป็นส่วนเล็กๆ โดยปกติแล้วมีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่ม bandwidth โดยรวมให้กับอุปกรณ์สื่อสาร การติดตั้ง LAN switching ที่ MDF และ IDFs ทำให้เราสามารถเริ่มเห็นขนาดของ collision domains และ ความร็วที่วิ่งอยู่ในแต่ละ horizontal cable และ vertical cable. เนื่องจาก vertical cable จะต้องรับ data traffic ทั้งหมดระหว่าง MDF และ IDFs ดังนั้นความจุที่ใช้ต้องใหญ่กว่า

Collision Domains In the operational environment of only switch in network, size of collision domain is just the two hosts, when a hub is used the size of collision domain increases and bandwidth will be shared Shared LAN hub is multiport repeater , therefore is collision domain. All hosts connected to shared LAN hub will share collision domain and the bandwidth Collision Domains ในสภาพแวดล้อมการทำงานของ switch เพียงอย่างเดียวในเครือข่าย LAN ขนาดของ collision domain คือระหว่าง 2 host เท่านั้น เมื่อใช้ hubs ขนาดของ collision domain จะเพิ่มขึ้นและ bandwidth จะถูกใช้ร่วมกัน. Shared LAN hub คือ multiport repeater ดังนั้นจึงเป็น collision domain. Hosts ทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับ shared LAN hub จะมี collision domain and the bandwidth ร่วมกัน

Layer 3 - Routing Using Layer-3 devices such as routers can create segmentation of LAN as unique networks for both physical and logical. Routers can be used to connect wide area networks (WANS) e.g. Internet Routers serve as broadcast firewalls Routers consolidate for scalable internetworks Network protocol addressing and routing provides built-in scaling Layer 3 – Routing การนำอุปกรณ์ Layer 3 (Network Layer) เช่น routers มาใช้จะทำให้ได้ segmentation ของ LAN ที่เป็น unique networks ทั้ง physical and logical. Routers ทำให้สามารถทำการเชื่อมต่อไปยัง wide area networks (WANS) เช่น Internet ได้ Routers serve as broadcast firewalls Routers consolidate for scalable internetworks Network protocol addressing and routing provides built-in scaling

Documenting Your Network Physical Network Maps (cutsheet) Logical Network Map (IP addressing scheme) Addressing Maps (snapshot view of network) Documenting Your Network ทำเอกสารอะไรบ้าง: Physical Network Maps (cutsheet) Logical Network Map (IP addressing scheme) Addressing Maps (snapshot view of network)

Reasons to Document Reducing a lot of time for problem solving Least document networks have the most problems Good documenting helps reduce amount of problems very much The more documents the better network (maintenance) Reasons to Document ช่วยลดเวลาในการแก้ปัญหาได้อย่างมาก เครือข่ายที่มีปัญหามากที่สุดเป็นเครือข่ายที่มีเอกสารน้อยที่สุด เครื่อข่ายที่มีการจัดทำเอกสารที่ดีช่วยลดปริมาณปัญหาได้อย่างมาก ยิ่งมีเอกสารมากก็ยิ่งดีมาก

Summary of network design Gathering network requirements and using information Bandwidth requirements analysis Define all layer-1, -2, and -3 networking devices (e.g. cable, hub, bridge, switch, router) and network topology Documenting design such as table of equipments Draw cable diagram and location of distribution box Draw connection diagram of networking devices in network สรุปขั้นตอนการออกแบบเครือข่าย รวบรวมข้อมูลความต้องการและลักษณะการใช้งานเครือข่าย วิเคราะห์ความต้องการด้าน Bandwidth กำหนดอุปกรณ์ทั้งหมดที่ทำงานใน layer 1, 2,และ 3 พร้อมๆกับการพิจารณาเลือกรูปแบบเครือข่าย ได้แก่ cable, hub, bridge, switch, router ฯลฯ จัดทำเอกสารเกี่ยวกับการออกแบบ เช่น ตารางรายการอุปกรณ์ที่ใช้ จัดทำผังการวางสายเคเบิล ตำแหน่งตู้รวมสายสัญญาณ จัดทำแผนภาพการเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่างๆ ภายในเครือข่าย

Exercise บริษัท ABC เป็นบริษัทที่ตั้งขึ้นใหม่ มีสำนักงานใหญ่และฝ่ายขายตั้งอยู่ใน เมืองใหญ่ซึ่งมีโครงสร้างพื้นฐาน (Infrastructure) ด้านการติดต่อสื่อสาร เพรียบพร้อม บริษัทฯได้ลงทุนสร้างโรงงานผลิตในเขตชนบทเพื่อให้ได้สิทธพิเศษด้านการ ลงทุนและภาษี แต่ที่ตั้งโรงงานเป็นท้องถิ่นที่ขาดแคลนระบบโทรศัพท์พื้นฐาน และการติดต่อสื่อสารทางสาย การดำเนินการของธุรกิจจะต้องมีการค้นหาข้อมูลเพื่อการจัดซื้อซื้อวัตถุดิบ จากต่างประเทศมาป้อนให้กับโรงงานผลิตอย่างสม่ำเสมอและการหาตลาด ต่างประเทศ เพื่อการจำหน่ายสินค้า บริษัทฯมีนโยบายให้โรงงานผลิตส่ง รายงานการผลิตด้วยเอกสารอิเลกทรอนิกส์ทุกวัน จงออกแบบระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์เพื่อรองรับการดำเนินธุรกิจของบริษัท ABC โดยพิจารณาให้ครอบคลุมถึงการใช้งานภายในสำนักงาน การ ติดต่อสื่อสารระหว่างหน่วยงานของบริษัทฯที่อยู่ห่างไกลกันตลอดจนการ ติดต่อสื่อสารกับต่างประเทศ ในการออกแบบ ให้อธิบายเหตุผลและวาด ภาพประกอบการออกแบบและตั้งสมมติฐานได้คามที่เห็นสมควร

Next Lecture: Network Performance