Glenn Gabriel Ben-Yosef
Перевод Николая Малых, BiLiM Systems Ltd.
Для решения проблемы больших задержек и нехватки полосы достаточно установить коммутатор, к каждому порту которого подключено по одному устройству. Коммутация ЛВС не требует требует вносить какие-либо изменения на рабочих станциях, а изменения в сетевой инфраструктуре минимальны. Вместо концентраторов и маршрутизаторов ставятся коммутаторы, которые автоматически настраиваются для работы на MAC-уровне. Однако полоса даже выделенного соединения Ethernet (10 Мбит/с) или token ring (16 Мбит/с) недостаточна для многий приложений и во много раз уступает скорости 100 Мбит/с, обеспечиваемой в сетях FDDI, 100BaseT (Fast Ethernet), 100VG-AnyLAN (IEEE 802.12), а также скоростям ATM.
Переход на более скоростные технологии потребует внесения в сеть большего числа изменений, нежели установка коммутатора. Потребуется не только заменить концентратор и/или маршрутизатор, но и установить новые адаптеры и драйверы для них в каждый компьютер. Переход на более скоростные технологии при корректном выборе решения обеспечит существенное повышение производительности сети. При организации высокоскоростных сетей обычно для передачи основного трафика используются скоростные магистрали. магистрали также позволяют подключить сетевые серверы и даже рабочие станции, которым требуется высокая скорость, малые задержки или передача больших объемов информации.
Потребности в расширении магистральной полосы связаны в основном с двумя аспектами. Во-первых, ецнтрализация серверов и других ресурсов увеличивает объем пердачи данных между рабочими группами. При централизации серверы обычно переносятся из рабочих групп и подразделений в единый серверный центр корпоративной сети. Такое решение существенно снижает расходы на управление и поддержку. Кроме того, связь между рабочими группами обычно увеличивает магистральный трафик даже при наличии в группах локальных серверов. На рисунке 3.1 показан пример сети с централизованными ресурсами.
Рисунок 3.1 Насыщение магистрали
Магистральные решения сегодня основываются на передаче кадров или ячеек. Основная разница между этими технологиями заключается в размере передаваемых за один прием блоков информации. Технологии передачи пакетов типа FDDI, Fast Ethernet или 100VG-AnyLAN похожи на традиционные низкоскоростные протоколы ЛВС. Системы ATM используют короткие ячейки фиксированной длины (53 байта), обеспечивающие возможность достаточно точного предсказания времени задержки. Поскольку все ячейки имеют одинаковые размеры, приоритизация трафика может быть реализована за счет организации нескольких очередей или регулировки очередности. Организация магистралей является одним из важнейших применений ATM поскольку почти все широкополосные применения критичны к задержкам. Кроме того, технология ATM обеспечивает хорошое масштабирование и может быть использована в распределенных сетях, позволяя увеличить протяженность корпоративных сетей.
FDDI является одной из наиболее распространенных магистральных технологий и используется в таком качестве уже достаточно давно. Эффективность магистралей FDDI обусловлена беспристрастностью распределения доступа к среде на основе передачи маркеров и высокой устойчивостью к сбоям и повреждениям. FDDI использует пакеты переменной длины в отличие от ATM. Поскольку технология ATM обеспечивает более высокий уровень масштабирования и гарантированное качество обслуживания, ее применение быстро ширится. Особенно четко это проявляется в сетях с высокой нагрузкой и разнотипным трафиком (голос, данные, видео).
ATM в части организации магистралей превосходит все остальные скоростные технологии. Используемый метод передачи коротких ячеек фиксированной длины обеспечивает высокую эффективность как для широкополосных приложений, так и для критичных к задержкам задач. Эти преимущества поневоле обращают внимание администраторов на ATM-технологии, несмотря на сравнительно высокие цены. Высокий уровень масштабирования ATM обеспечивает простоту перехода от низкоскоростных решений (25 Мбит/с) к скоростям до 2.4 Гбит/сGbps, позволяя использовать полосу пропускания в соответствии с реальными потребностями. Наконец, ATM обеспечивает возможность непосредственного подключения к телекоммуникационному сервису, позволяя предприятиям соединять удаленные сайты через ATM-сети общего пользования.
Для серверов требуется обычно более высокая скорость в сравнении с рабочими станциями, поскольку с сервером может одновременно работать множество пользователей сети. Если производительность сервера превосходит возможности сети, сервер будет часть времени простаивать. На рисунке 3.2 показана картина трафика при доступе к серверу.
Рисунок 3.2 Трафик клиент-сервер может порождать в сети пробки
Другой тенденцией является распределение специфических сетевых задач между специализированными аппаратными платформами. Файловый сервис может оьеспечиваться одним набором аппаратных платформ, тогда как печать, работа с базами данных, электронная почта или служба каталогов реализованы на другом оборудовании. Следовательно, рост числа сетевых серверов опрережает темпы роста числа традиционных файловых серверов и сетевых ОС. По мере реализации технологии клиент-сервер на менее дорогих аппаратных платформах растет нагрузка на такие серверы и потребности в полосе доступа к ним. При этом рост потребностей зачастую опережает расширение коммуникационных возможностей.
В средах клиент-сервер зачастую возникают пробки при доступе к серверу многочисленных клиентов. Эта ситуация становится все более частой по мере расширения сферы обслуживания сервера в рамках сети. Поскольку основной трафик сконцентрирован в канале соединения сервера с сетью, обычно для подключения серверов используют скоростные технологии, в результате чего в сети возникают различные по скорости соединения. Для подключения клиентов к коммутатору вполне достаточно полосы 10 Мбит/с, администратор лишь должен решить подключать к портам отдельных пользователей или группы (на основе концентраторов). Однако для соединения сервера с коммутатором следует использовать полосу 100 или 155 Мбит/с с обеспечением буферизации (во избежание блокировки коммутатора).
Серверные соединения представляют собой достаточно сильно загруженные сегменты для которых требуется обеспечить устойчивость к сбоям. если сервер имеет выделенное соединение с ЛВС (через отдельный порт коммутатора), алгоритм контроля насыщения может не играть важной роли, поскольку никакие другие устройства не используют общий с данным сервером канал доступа. Следовательно, выбор технологии может основываться на простоте протокола, пропускной способности, уровне расходов на организацию и поддержку. Некоторые организации с небольшой нагрузкой на серверы объединяют в одном высокоскоростном сегменте несколько серверов. В таких случаях алгоритм контроля насыщения начинает играть важную роль, поскольку при загруженном канале связи сегмента серверов с сетью может возникать значительная задержка. Для таких ситуаций разумно использовать системы с маркерным доступом к среде (например, FDDI).
По мере роста числа приложений клиент-сервер нагрузка на каналы доступа к серверам постоянно растет и требуется обеспечивать для каждого сервера канал с высокой пропускной способностью. В конечном итоге все сетевые ресурсы могут оказаться распределенными в сети ATM для обеспечения высокой скорости, масштабируемости и малых задержек. Однако, высокоскоростные соединения ЛВС будут по прежнему играть важную роль для небольших организаций.
Потребности расширения полосы для рабочих станций связаны с 2 причинами - рост производительности компьютеров и появление большого числа multimedia-приложений. По мере повышения производительности компьютеров практически каждому пользователю требуется предоставление отдельного коммутируемого порта Ethernet или token ring.
Многие администраторы надеются на быстрое и значительное снижение цен на оборудование ATM и предполагают установить адаптеры ATM на настольные компьютеры. Технологии FDDI и CDDI остаются достаточно дорогими для того, чтобы их можно было использовать на рабочих станциях. Однако, многие пробки в сетях, связанные с ростом потребностей пользователей можно устранить другими способами. Так, для преодоления проблем, связанных с непредсказуемой задержкой передачи пакетов, можно решить за счет снижения числа станций в сегменте. использование ATM в настольных компьютерах будет определяться темпами снижения цен.
Первыми станциями, которым потребуется расширение полосы, будут компьютеры, на которых используются приложения multimedia. В современных сетях наблюдается постоянный рост числа станций, использующих звуковые и видео-приложения, а также мощные графические пакеты программ. Высокоскоростные ЛВС на базе технологии Fast Ethernet могут решить проблему расширения полосы, оставаясь при этом значительно дешевле систем на основе технологии ATM. Однако, здесь важно учитывать картину трафика и требования его приоритизации.
Стоимость использования ATM в настольных системах уже не превышает $500 на станцию, но переход на ATM влечет за собой целый ряд сложностей при использовании традиционных протоколов ЛВС. Многочисленные высокоскоростные решения на базе технологий ЛВС обеспечивают более простой способ модернизации локальных сетей. Сетевые адаптеры 10/100 Мбит/с с автоматическим определением скорости являются важной составной частью такого процесса модернизации. В новые компьютеры имеет смысл устанавливать такие адаптеры, даже если в сети пока используется скорость 10 Мбит/с. В этом случае переход от 10BaseT к использованию технологии Fast Ethernet будет значительно проще.
Программы с интенсивным обменом данными по сети и рост числа рабочих станций послужили причиной быстрого роста потоков данных в сетях. Реорганизация сетей и централизация ресурсов обеспечивают возможность повышения производительности ЛВС. Поскольку никто не хочет рубить под собой сук, одним из наиболее эффективных вариантов модернизации сетей является интеграция высокоскоростных технологий с имеющимися сетевыми инфраструктурами. Понимание ограничений используемых протоколов и их применимости к решаемым задачам обеспечивает возможность выбора правильной технологии и получения максимальных преимуществ. Сетевые среды изменяются от систем на базе хостов и терминалов к распределенной архитектуре клиент-сервер. Это означает, что разработка новых приложений будет вести к росту запросов в части полосы доступа к серверам. Однако простого увеличения полосы может быть недостаточно из-за непредсказуемой задержки трафика.
Возможно одной из наиболее распространенных целей реконфигурации сетей является централизация серверов. Объединение серверов в одном помещении обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с распределением серверов по всей сети и убеспечивает более гибкое решение. Кроме того, такое решение получается более экономичным за счет снижения расходов на поддержку, обеспечение безопасности и кондиционирование воздуха.
Довольно часто серверы распределены по рабочим группам на разных этажах или в разных зданиях. Каждое подразделение может раелизовать ЛВС для своей рабочей группы, купить и сконфигурировать свой собственный сервер, а потом пожелать интегрировать рабочую группу с остальной сетью. Такая схема может работать в тех случаях, когда основной трафик локализован в рабочих группах. Однако, использование приложений клиент-сервер, электронной почты и взаимодействие рабочих групп могут потребовать единого управления и консолидации сетевых ресурсов. Перенос серверов из локальных сегментов на корпоративную магистраль или в высокоскоростной сегмент ЛВС за пределами магистрали обеспечивает удобство физического доступа к оборудованию и более эффективную систему резервного копирования данных. Многие администраторы пользуются этим случаем для модернизации серверного оборудования и программ, а также организации сетевого сервиса, включающего несколько рабочих групп, обеспечивая достаточно высокую производительность при невысоких расходах.
Консолидация серверов обеспечивает также большую гибкость при выборе решений. Поскольку недорогие системы ЛВС на базе медных кабелей обеспечивают только локальные решения, ограничение длины зачастую определяет выбор технологии для связи сетей и рабочих групп. размещение серверов в одном помещении или на одном этаже позволяет использовать для их соединения скоростные технологииFast Ethernet. Организация отдельного коммутируемого сегмента для каждого сервера позволяет эффективно решить проблему задержек, возникающую по причине состязательного характера доступа к среде ЛВС. Кроме того, коммутатор позволяет организовать эффективное и недорогое соединение группы серверов с остальной сетью.
Поскольку во многих организациях расходы на серверы и ЛВС подразделений относят к общему бюджету информационной системы предприятия, обслуживание и поддержка упрощаются при установке оборудования и серверов вместе. Кроме того, такая концентрация оборудования позволяет повысить уровень безопасности и облегчить задачу поддержки параметров окружающей среды и питания. В одном помещении с серверами логично разместить и устройства объединения сетей (коммутаторы и маршрутизаторы), что существенно упростит задачи настройки и поддержки сети.
Одним из основных вопросов при переходе к высокоскоростным технологиям является простота и надежность объединения с традиционными низкоскоростными ЛВС. Для сетей Ethernet переход от скорости 10 Мбит/с на 100 Мбит/с требует буферизации пакетов в коммутаторе. память коммутатора играет критически важную роль в обеспечении неблокируемой работы, поэтому требуется использование в коммутаторе промежуточной буферизации (store and forward). Простые коммутаторы cut-through (коммутация на лету), обеспечивающие минимальную задержку при коммутации портов 10 Мбит/с, не обеспечивают требуемой при связи разноскоростных портов буферизации.
Из двух основных типов коммутаторов ЛВС (cut-through и store-and-forward) в общем случае коммутаторы cut-through (в том числе адаптивные) обеспечивают меньшие задержки, поскольку каждый пакет содержит в заголовке алрес получателя, доступный коммутатору и позволяющий обеспечить переключения еще до приема всего пакета. Коммутаторы с промежуточной буферизацией принимают каждый пакет целиком в буфер и только после этого передают его в порт назначения. Преимуществом коммутации store-and-forward является возможность проверки целостности пакета и отбрасывания пакетов, принятых с ошибками. Однако, интеграция высокоскоростных ЛВС с традиционными сетями просто требует буферизации пакетов для согласования скоростей. Для эффективной и надежной неблокируемой коммутации размер буферов должен быть достаточно большим.
При покупке новых компьютеров в них целесообразно устанавливать адаптеры, способные поддерживать высокую и низкую скорость (10/100 или 4/16 Мбит/с). двухскоростные адаптеры очень удобны поскольку режим автоматического определения скорости позволяет использовать такие адаптеры как в старых, так и в новых сетях. использование универсальных адаптеров позволяет обеспечить эффективность вложения средств, а также упростить настройку и поддержку сети. Разница в цене между высокоскоростными и универсальными адаптерами пренебрежимо мала (иногда ее просто нет), а с учетом затрат на настройку и поддержку сети использование ьактх адаптеров обеспечивает существенную экономию. Фактически все новые станции имеет смысл оборудовать универсальными адаптерами, что позволит впоследствии без каких-либо проблем перейти на более скоростную технологию. Из всех высокоскоростных технологий Fast Ethernet является в настоящее время наиболее дешевой и популярной за счет полной обратной совместимости с 10BaseT.
Вопросы совместимости с установленным оборудованием и программами, а также величина расходов на модернизацию и поддержку сети являются очень важными, но не следует упускать из вида и механизмы доступа к сетевой среде. В большинстве случаев доступ определяется на основе той или иной реализации алгоритма CSMA/CD или передачи маркера. Важно также представлять картину трафика в сети и ее влияние на общую производительность системы. Наконец, вопросы масштабирования сети и понимание текущих требований к пропускной способности и величине задержки также имеют важное значение при выборе скоростной технологии и коммутаторов. Рассмотрев эти вопросы, Вы сможете решить требуется ли Вам коммутатор ЛВС или коммутатор ячеек.
Исключая ATM, высокоскоростные протоколы ЛВС используют разделяемую среду без организации соединений - в рамках целого сегмента используется один коммуникационный канал.
Сетевой рынок определяет поддержку той или иной технологии и вклад конкретных производителей в разработку устройств. выбор технологии поддерживаемой многочисленными производителями (включая мировых лидеров) обеспечивает стандартизацию, интероперабельность и разумные цены.
Понимание основных преимуществ той или иной высокоскоростной технологии обеспечивает возможность правильного выбора решения.
Сравнение высокоскоростных технологий
| Технология | Преимущества | Недостатки |
|---|---|---|
| FDDI/CDDI | Хорошо известна и широко распространена Доступность оборудования Эффективная организация магистралей Эеективное подключение серверных групп |
Высокая цена Технология практически не развивается Худшие по сравнению с ATM перспективы |
| 100BaseT | Эффективна для подключения серверов Эффективна для подключения рабочих станций Известные протоколы Широкая поддержка |
Снижение производительности при большом числе устройств Требует более дорогой кабель категории 5 |
| 100VG-AnyLAN | Хорошо приспособлена для критичных к задержкам приложений Использует кабель категории 3 (4 пары) |
Небогатый выбор устройств Ограниченная диагностика Малое число производителей |
| ATM | Масштабируемость Поддержка разных типов трафика (голос, данные и т.д.) Простой переход от Token Ring |
Высокие цены Необходимость обучения специалистов Сложность настройки |
Разработанная и поддерживаемая компанией Hewlett-Packard, технология 100VG-AnyLAN не стала массовой на рынке скоростного оборудования ЛВС. Эта технология описана стандартом IEEE 802.12 и использует новый MAC-протокол, называемый DPAM (Demand Priority Access Method - доступ по приоритету запроса). Технология достаточно хороша для критичных к задержкам приложений (multimedia или серверные группы) и обеспечивает возможность использования видео-приложений даже в сегментах с большим числом станций. Однако, новый протокол, ограниченные средства диагностики и отсутствие широкой поддержки ограничивают использование данного протокола. VG в названии протокола означает voice-grade или категорию 3 для кабельной системы на базе всех 4 пар стандартного кабеля. Ограниченная поддержка производителями оборудования обусловила также более высокие по сравнению с Fast Ethernet цены.
Технология ATM в большинстве случаев кажется более дорогой (как оборудование, так и его настройка и поддержка). Поскольку ATM радикально отличается от традиционных ЛВС на основе коммутации пакетов без организации соединений, для реализации и поддержки сетей ATM требуется специальная подготовка персонала. Технология ATM играет очень важную роль в системах реального времени и для широкополосных приложений (голос, видео). Масштабируемость и простота перехода от token ring делают технологию ATM эффективным решением для крупных сетей.
Технология Fast Ethernet быстро занимает лидирующие позиции в сфере подключения рабочих станций. Полная совместимость с кабельными системами 10BaseT обеспечивает простой и недорогой переход от старых технологий. Адаптеры Fast Ethernet зачастую являются двухскоростными (10/100), что позволяет использовать их в традиционных сетях 10BaseT с автоматическим переключением скорости при переходе на Fast Ethernet. Будучи идеальным решением для рабочих станций Fast Ethernet имеет ряд недостатоков при использовании для организации магистралей.
В то время, как традиционные ЛВС типа Ethernet и token ring работают с различными кабельными системами, включая коаксиальные кабели и IBM Type 1, высокоскоростные ЛВС требуют использования кабеля из скрученных пар категории 5 или многомодового оптического кабеля. Не всегда такие кабельные системы уже имеются на предприятии, а их прокладка может потребовать значительных инвестиций. Некоторые скоростные протоколы (100VG-AnyLAN и 100BaseT4) позволяют применять кабели категории 3 за счет увеличения числа используемых пар.
Приведенная в документе техническая информация может быть изменена без предупреждения.
© 1997 Xylan Corporation.
19 июня 1998 года
Перевод на русский язык © 1998, BiLiM Systems Ltd.