Площина даних, також відома як площина пересилання, є важливим компонентом сучасних комп’ютерних мереж, особливо в контексті проксі-серверів і мережевих пристроїв. Він відповідає за ефективну обробку та пересилання пакетів даних від джерела до пункту призначення в мережі. Площина даних працює на нижніх рівнях мережевого стеку та відрізняється від площини керування, яка керує мережевим керуванням і налаштуванням.
Історія виникнення Data Plane і перші згадки про нього
Концепція площини даних виникла разом із розвитком ранніх мережевих технологій. Перші згадки про площину даних можна простежити до початку 1970-х років, коли мережі з комутацією пакетів були в зародковому стані. Піонерську роботу з проектування площини даних і пересилання пакетів можна віднести до дослідників Xerox PARC та інших установ. У міру ускладнення мереж і збільшення обсягу трафіку потреба в ефективній пересиланні пакетів стала першорядною.
Детальна інформація про Data Plane
Основною функцією площини даних є переміщення пакетів даних по мережі, реалізуючи рішення про пересилання, прийняті площиною керування. Коли пакет даних надходить на мережевий пристрій, наприклад маршрутизатор або проксі-сервер, площина даних обробляє заголовки пакета, щоб визначити його наступний стрибок на основі інформації про маршрутизацію. Цей процес має життєво важливе значення для забезпечення швидкого й точного надходження даних до місця призначення.
Площина даних працює на нижніх рівнях моделі OSI (взаємозв’язок відкритих систем), зокрема на фізичному рівні, рівні каналу даних і мережевому рівні. На фізичному рівні площина даних має справу з необробленою передачею бітів через фізичне середовище. Канальний рівень обробляє адресацію пристроїв в одному сегменті мережі за допомогою MAC-адрес. Нарешті, мережевий рівень відповідає за IP-адресацію, маршрутизацію та пересилання пакетів.
Внутрішня структура Data Plane. Як працює Data Plane.
Внутрішня структура площини даних залежить від конкретного мережевого пристрою або проксі-сервера, на якому вона розташована. Однак загалом площина даних складається з таких компонентів:
-
Інтерфейс введення: Цей компонент отримує вхідні пакети даних від мережевого інтерфейсу та готує їх до обробки.
-
Механізм обробки пакетів: Механізм обробки пакетів є ядром площини даних. Він перевіряє заголовки пакетів, виконує класифікацію пакетів, застосовує політику якості обслуговування (QoS) і приймає рішення про пересилання на основі таблиці маршрутизації.
-
Таблиця пересилання: Таблиця переадресації, часто реалізована як пам’ять з адресою вмісту (CAM) або потрійна пам’ять з адресацією вмісту (TCAM), містить інформацію про переадресацію мережі, включаючи адреси призначення та пов’язані вихідні інтерфейси.
-
Вихідний інтерфейс: після того, як механізм обробки пакетів визначає вихідний інтерфейс, вихідний інтерфейс надсилає пакет до наступного переходу в мережі.
-
Буферизація та планування: Якщо кілька пакетів одночасно змагаються за один вихідний інтерфейс, механізми буферизації та планування забезпечують справедливу та ефективну передачу пакетів.
-
Обробка канального рівня: на цій стадії площина даних додає заголовки канального рівня (наприклад, заголовки Ethernet) до пакета перед передачею через фізичне середовище.
Аналіз ключових особливостей Data Plane
Ефективність і продуктивність площини даних значно впливають на загальну продуктивність мережі. Деякі ключові особливості площини даних включають:
-
Швидка переадресація пакетів: площина даних повинна бути здатна швидко обробляти пакети, щоб мінімізувати затримку та забезпечити своєчасну доставку даних.
-
Масштабованість: Оскільки мережі ростуть і обробляють зростаючий обсяг трафіку, площина даних повинна відповідно масштабуватися, щоб підтримувати оптимальну продуктивність.
-
Гнучка маршрутизація: Пристрої рівня даних повинні підтримувати різні протоколи маршрутизації та мати можливість адаптуватися до змін у топології мережі.
-
Підтримка якості обслуговування (QoS).: Площина даних повинна визначати пріоритет критичного трафіку та застосовувати політики QoS, щоб забезпечити задовільну взаємодію з користувачем.
-
Безпека та фільтрація: Надійні реалізації площини даних включають функції безпеки, такі як списки контролю доступу (ACL) і фільтрація пакетів, щоб захистити мережу від несанкціонованого доступу та потенційних загроз.
Типи площини даних
Площина даних може приймати різні форми залежно від мережевого пристрою та його призначення. Ось кілька поширених типів реалізації площини даних:
| Тип | опис |
|---|---|
| На апаратній основі | Використовує спеціалізовані ASIC (Application-Specific Integrated Circuits) або мережеві процесори для досягнення високошвидкісної обробки пакетів. Ідеально підходить для високопродуктивних мережевих пристроїв. |
| На основі програмного забезпечення | Реалізовано в програмному забезпеченні, що працює на центральних процесорах загального призначення. Більш гнучкий і легший для оновлення, але може не відповідати швидкості апаратних площин даних. |
| Гібридна площина даних | Поєднує апаратні та програмні елементи для використання переваг кожного підходу. Пропонує баланс між продуктивністю та гнучкістю. |
Площина даних знаходить застосування в різних мережевих пристроях і системах, зокрема:
-
Маршрутизатори: Маршрутизатори використовують площину даних для пересилання пакетів даних між різними мережами, забезпечуючи оптимальну маршрутизацію та доставку.
-
Перемикачі: комутатори використовують площину даних для пересилання пакетів даних у межах одного сегмента мережі, використовуючи таблиці MAC-адрес для ефективної доставки пакетів.
-
Брандмауери: Брандмауери використовують площину даних для перевірки вхідних і вихідних пакетів, застосування політик безпеки та правил фільтрації.
-
Балансувальники навантаження: Балансувальники навантаження використовують площину даних для розподілу вхідного трафіку між кількома серверами для підвищення продуктивності та надійності.
Проблеми, пов’язані з використанням площини даних, можуть включати:
-
Пакети Drops: Перевантаженість мережі або апаратні обмеження можуть призвести до скидання пакетів, спричиняючи повторні передачі та погіршення продуктивності.
-
Вразливі місця безпеки: Неадекватні заходи безпеки в площині даних можуть призвести до потенційних порушень безпеки та несанкціонованого доступу.
-
Комплексні політики маршрутизації: Підтримка складної політики маршрутизації та правил пересилання може бути складною справою, особливо у великих мережах.
Рішення цих проблем передбачають постійний моніторинг, оновлення обладнання, оптимізацію програмного забезпечення та надійні протоколи безпеки.
Основні характеристики та інші порівняння з подібними термінами у вигляді таблиць і списків
| характеристики | Площина даних | Площина управління |
|---|---|---|
| функція | Пересилання пакетів | Мережевий менеджмент |
| Місцезнаходження | Мережеві пристрої | Централізований контролер |
| Відповідальність | Операції низького рівня | Прийняття рішень на високому рівні |
| Швидкість обробки | Високий | Від середнього до низького |
| Масштабованість | Висока масштабованість | Масштабованість залежить від дизайну площини керування |
| Приклади | Маршрутизатори, комутатори, брандмауери | Контролери SDN, протоколи маршрутизації |
Майбутнє рівня даних тісно пов’язане з досягненнями в мережевих технологіях, таких як:
-
Апаратні інновації: продовження вдосконалення спеціалізованого апаратного забезпечення, наприклад програмованих ASIC і FPGA, забезпечить ще швидшу та ефективнішу обробку пакетів.
-
Програмно-визначена мережа (SDN): SDN відокремлює площину даних від площини керування, що дозволяє мережевим адміністраторам мати більш централізований і програмований перегляд мережі.
-
Мережа на основі намірів (IBN): IBN — це новий підхід, який використовує інструкції вищого рівня для керування поведінкою мережі, спрощення керування мережею та покращення автоматизації.
-
Мережа, керована ШІ: методи штучного інтелекту та машинного навчання можуть оптимізувати рішення щодо пересилання пакетів, підвищуючи ефективність мережі та швидкість реакції.
Як проксі-сервери можна використовувати або пов’язувати з Data Plane
Проксі-сервери відіграють важливу роль у покращенні функціональності рівня даних, особливо в контексті веб-трафіку та безпеки. Ось кілька способів пов’язування проксі-серверів і площини даних:
-
Маршрутизація трафіку: Проксі-сервери діють як посередники між клієнтами та серверами, пересилаючи запити та відповіді. Вони використовують площину даних для ефективного маршрутизації трафіку на основі вмісту та призначення.
-
Кешування: Проксі-сервери використовують можливості площини даних для кешування вмісту, до якого часто звертаються, зменшуючи навантаження на вихідні сервери та покращуючи час відповіді.
-
Фільтрація безпеки: Проксі реалізують політики безпеки, використовуючи площину даних, фільтруючи зловмисний або неавторизований вміст до того, як він досягне клієнта або сервера.
-
Балансування навантаження: Проксі-сервери можуть розподіляти клієнтські запити між кількома внутрішніми серверами, використовуючи можливості пересилання пакетів площини даних для оптимального балансування навантаження.
Пов'язані посилання
Щоб отримати додаткові відомості про Data Plane і пов’язані теми, вам можуть бути корисні такі ресурси:
-
[1] «Площина даних проти площини керування: розуміння різниці», Cisco. Посилання
-
[2] «Вступ до площини даних», Juniper Networks. Посилання
-
[3] «Еволюція площин даних: від обладнання до програмного забезпечення та далі», ACM Queue. Посилання
-
[4] «Програмно-визначена мережа: анатомія контролера SDN», Open Networking Foundation. Посилання
-
[5] «Пояснення мереж на основі намірів», мережевий світ. Посилання
Оскільки технологія продовжує розвиватися, площина даних залишатиметься критичним компонентом ефективної та безпечної передачі даних у сучасних мережах та інфраструктурах проксі-серверів. Його здатність обробляти зростаючі обсяги даних і підтримувати нові технології відіграватиме ключову роль у формуванні майбутнього мереж.
