Реферат: Корпоративные сети

Для технологии GigabitVG предлагается реализовать скорость 500 Мб/с для витой пары и 1 Гб/с для оптоволокна. Предельные расстояния между узлами ожидаются следующие: для витой пары - 100 м, для многомодового оптоволокна - 500 м и для одномодового оптоволокна - 2 км.

2.1.2. Технология 100VG-AnyLAN - улучшенное качество обслуживания за ту же стоимость

В качестве альтернативы технологии FastEthernet фирмы AT&T и HP выдвинули проект новой недорогой технологии со скоростью передачи данных 100 Мб/с - 100Base-VG (VoiceGrade - технология, способная работать на кабеле категории 3, предназначенном первоначально для передачи голоса). В этом проекте было предложено усовершенствовать метод доступа с учетом потребности мультимедийных приложений, а для формата пакета сохранить совместимость с форматом пакета сетей 802.3. В сентябре 1993 года по инициативе фирм IBM и HP был образован комитет IEEE 802.12, который занялся стандартизацией новой технологии. Проект был расширен за счет поддержки в одной сети кадров не только формата Ethernet, но и формата TokenRing. В результате новая технология получила название 100VG-AnyLAN, то есть технология для любых сетей, где под любыми сетями понимаются сети Ethernet и TokenRing.

Летом 1995 года технология 100VG-AnyLAN получила статус стандарта IEEE 802.12.

В технологии 100VG-AnyLAN определен новый метод доступа DemandPriority с двумя уровнями приоритетов - для обычных приложений и для мультимедийных, а также новая схема квартетного кодирования QuartetCoding, использующая избыточный код 5В/6В, и позволяющая передавать по каждой из 4-х пар категории 3 данные с полезной скоростью 25 Мб/c.

Пропускная способность и качество обслуживания

Метод доступа DemandPriority основан на передаче концентратору функций арбитра, решающего проблему доступа к разделяемой среде. Концентратор отличается от обычных повторителей за счет того, что он изучает адреса присоединенных к нему узлов (в момент физического подключения) и поэтому не передает принятый от узла кадр на все порты, а только на тот, на который нужно. Среда по-прежнему разделяемая, так как концентратор за один цикл опроса портов принимает в свой буфер только один кадр - от приоритетного порта или же при равных приоритетах от первого по порядку. Однако, некоторые этапы работы с разными узлами совмещаются во времени, и за счет этого ускоряется передача кадров.

Работа сети 100VG-AnyLAN не дает гарантий приложениям по поддержанию для них определенного качества обслуживания, как это делает технология АТМ. Приоритеты только уменьшают задержки трафика реального времени, но это сервис по принципу besteffort, то есть обслуживание "по возможности" лучшее, но без каких-либо количественных гарантий.

Метод DemandPriority повышает коэффициент использования пропускной способности сети - до 95% по утверждению компании Hewlett-Packard.

Используемые кабельные системы и максимальный диаметр сети

Отсутствие требования распознавания коллизий позволяет без проблем строить протяженные сегменты сети без коммутаторов, только на концентраторах - до 2-х километров между узлами на оптоволокне и до 100 метров на витой паре.

Общий диаметр сети, построенной на концентраторах, может составлять при использовании многомодового оптоволокна до 5000 м.

Связь, соединяющая концентратор и узел, может быть образована:

• 4 парами неэкранированной витой пары категорий 3,4 или 5 (4-UTPCat 3,4,5);
• 2 парами неэкранированной витой пары категории 5 (2-UTPCat 5);
• 2 парами экранированной витой пары типа 1 (2-STPType 1);
• 2 парами многомодового оптоволоконного кабеля.

Хотя могут использоваться любые варианты кабельной системы, наиболее распространен вариант 4-UTP, который был разработан первым, кроме того, его популярность объясняется тем, что он работает на витой паре категории 3, установленной во многих существующих локальных сетях.

Совместимость с существующими локальными сетями

Сегменты 100VG-AnyLAN достаточно просто могут быть внедрены в существующие сети. Каждый концентратор может быть сконфигурирован на поддержку либо кадров 802.3 Ethernet либо кадров 802.5 TokenRing. Все концентраторы, расположенные в одном и том же логическом сегменте (не разделенном мостами, коммутаторами или маршрутизаторами), должны быть сконфигурированы на поддержку кадров одного типа. Для связи сегмента 100G-AnyLAN сегментами Ethernet или TokenRing нужно использовать коммутатор или маршрутизатор, так как частота передачи бит и способ их кодирования отличаются, и концентратор не может справиться с такими проблемами. Коммутатор может достаточно быстро передавать кадры из сегмента 100VG-AnyLAN в сегмент традиционной технологии и обратно, так как трансляция формата кадра и пересчет контрольной суммы не требуется.

Перспективы и области применения 100VG-AnyLAN

Технология 100VG-AnyLAN имеет меньшую популярность среди производителей коммуникационного оборудования, чем конкурирующее предложение - технология FastEthernet. Компании, которые не поддерживают технологию 100VG-AnyLAN, объясняют это тем, что для большинства сегодняшних приложений и сетей достаточно возможностей технологии FastEthernet, которая не так заметно отличается от привычной большинству пользователей технологии Ethernet. В более далекой перспективе эти производители предлагают использовать для мультимедийных приложений технологию АТМ, или же GigabitEthernet, а не 100VG-AnyLAN.

Тем не менее, число сторонников технологии 100VG-AnyLAN растет и насчитывает около 30 компаний. Среди них находятся не только копании Hewlett-Packard и IBM, но и такие лидеры как CiscoSystems, Cabletron, D-Link и другие. Все эти компании поддерживают обе конкурирующие технологии в своих продуктах, выпуская модули с портами как FastEthernet, так и 100VG-AnyLAN.

Наиболее очевидным случаем применения технологии 100VG-AnyLAN является модернизируемые сети TokenRing. Технология TokenRing широко используется на протяжении многих компанией IBM и некоторыми другими (Madge, Thomas-Conrad) для построения сегментов локальных сетей, решающих ответственные бизнес-задачи. Эта технология популярна в западных банках, использующих мейнфреймы и миникомпьютеры производства IBM, и многих других отраслях бизнеса. Кроме мощной поддержки компанией IBM, популярность TokenRing объясняется наличием у нее встроенных в протокол (и, соответственно, в оборудование и сетевые адаптеры) процедур самотестирования сети, не таких развитых как у FDDI, но тем не менее позволяющих обнаружить источник неисправности кольца.

Однако, перспектив дальнейшего развития у технологии TokenRing практически нет - это признают многие ведущие специалисты (смотрите заметки Ника Липписа "TheTokenRingTrap" в февральском номере DataCommunications и Робина Лейланда "TimetoMoveOnThePriceofEthernetSwitching" в июльском номере того же журнала). Предел скорости в 16 Мб/c не дает возможности масштабирования производительности сетей TokenRing в широких масштабах, а сеть, построенная на коммутаторах TokenRing может оказаться дороже сети, построенной на концентраторах и коммутаторах FastEthernet. В примере, рассмотренном в статье Робина Лейланда, сравнивается стоимость коммутируемой сети TokenRing и коммутируемой сети Ethernet/FastEthernet/GigabitEthernet для сети 7-этажного здания. Этот пример более подробно рассмотрен в разделе 2.2.4, а здесь приведем только окончательные результаты - общая стоимость полностью коммутируемой сети TokenRing составила $415 625, в то время как иерархически построенная сеть Ethernet/FastEthernet/GigabitEthernet "потянула" всего лишь на $270 000.

Но на полную одномоментную замену оборудования TokenRing решится мало предприятий, поэтому в условиях необходимости сосуществования со старыми сетями TokenRing технология 100VG-AnyLAN может найти свое место.

Гигабитные сети 1000VG

Комитет 802.12, ведомый специалистами компании Hewlett-Packard, также ведет работы по разработке варианта этой технологии для скорости передачи данных в 1 Гигабит в секунду. Вариант этой технологии также ориентируется на физический уровень стандарта FibreChannel, а в качестве метода доступа предполагается использовать метод DemandPriority.

К энтузиастам перевода технологии VG на гигабитные скорости относятся также компании CompaqComputer, TexasInstrument и Motorola.

2.5. Выбор технологии для построения магистрали крупной локальной сети

Магистраль крупной локальной сети - это очень ответственный участок, во многом определяющий все свойства сети в целом. Причина - через магистраль проходят все основные пути взаимодействия между сетями рабочих групп, отделов и подразделений в том случае, если требуемые клиенту ресурсы находятся за пределами сети его рабочей группы, отдела и т.п. Применение технологии Intranet, поиск нужной информации в Internet приводят к тому, что все чаще и чаще нужные пользователю ресурсы находятся за пределами его сегмента сети, а это в свою очередь резко повышает интенсивность трафика, проходящего через магистраль сети. У разных клиентских сессий могут быть существенно разные требования к качеству обслуживания - интерактивное телевидение предъявляет самые жесткие требования к задержкам и вариации задержек предаваемых пакетов при постоянной скорости обмена, передача больших графических файлов менее чувствительна к задержкам передачи отдельных пакетов, но требует большой пропускной способности и быстрой реакции магистрали на значительные пульсации трафика.

Резко возросшие объемы передаваемых данных и разнородность требований клиентов к качеству обслуживания делают реализацию магистрали современной корпоративной локальной сети очень непростой задачей. Сегодня у администратора такой сети имеется несколько вариантов ее решения:

• улучшение традиционной схемы построения магистрали на основе колец FDDI с подсетями, подключенными через маршрутизаторы, за счет применения высокопроизводительных маршрутизаторов нового поколения, отличающихся внутренним параллелизмом операций и ускоренной передачей долговременных потоков данных;
• использование на магистрали стандартной технологии АТМ;
• использовании на магистрали технологий ускоренной передачи IP-трафика через нестандартные коммутаторы АТМ, например, технологии IPswitching компании Ipsilon;
• применение на магистрали технологии GigabitEthernet.

2.5.1. Построение магистрали с использованием технологии FDDI и высокопроизводительных маршрутизаторов

Этот вариант связан с сохранением существующей магистрали, построенной как правило на технологии FDDI, и подключением подсетей с помощью традиционных маршрутизаторов. У этого решения имеется два узких места - сама скорость технологии FDDI в 100 Мб/c и значительные задержки, создаваемые маршрутизаторами при обработке пакетов. Если скорость в 100 Мб/c сама по себе достаточна для передачи в среднем всего магистрального трафика, то сейчас существуют решения, позволяющие ускорить работу маршрутизаторов, а значит и оставить общую структуру магистрали в неизменном виде, не применяя каких-либо революционных решений. Ускорение же работы маршрутизаторов многие производители обеспечивают двумя способами. Во-первых, за счет распараллеливания обработки пакетов мультипроцессорными маршрутизаторами, подобными Cisco 7500 или BayNetworksBCN, или переноса процедур маршрутизации с процессорного уровня на уровень заказных БИС (ASIC), как это сделано в маршрутизаторе GRF 400 компании AscendCommunications, способном обрабатывать около 2.8 миллионов IP-пакетов в секунду.

Во-вторых, за счет сокращения числа операций при маршрутизации пакетов, образующих в сети стабильные потоки данных - dataflow. Многие производители разработали и внедрили в свои маршрутизаторы частные схемы, у которых есть общая черта - они выявляют в сети долговременные соединения между двумя определенными узлами и приложениями, кэшируют маршрутную информацию, необходимую для обработки пакетов каждого потока, а затем не тратят много времени на обработку каждого пакета потока, так как такой пакет помечается на входе магистрали специальной меткой потока, а все маршрутизаторы магистрали оказываются уже настроенными на обработку помеченных пакетов без необходимости анализа IP-заголовка пакета и просмотра всей таблицы маршрутизации. Примером такого частного решения является техника NetFlow компании Cisco, которая позволяет ускорить обработку потоков данных не только для протокола IP, но и других протоколов, например, IPX.

2.5.2. Построение магистрали на основе технологии АТМ

Данный вариант построения магистрали основан на переходе в магистрали сети к такой новой технологии как АТМ. В этом случае магистраль будет обладать не только более высокой скоростью по сравнению с вариантом, основанным на FDDI, но и очень хорошей масштабируемостью, так как большинство коммутаторов АТМ для локальных сетей имеют интерфейсы не только 155 Мб/с, но и 622 Мб/c, а в недалеком будущем возможно появление интерфейсов и в 1.28 Гб/c - стандарт АТМ поддерживает всю иерархическую лестницу скоростей технологии SONET/SDH. Кроме иерархии скоростей, позволяющей модернизировать магистраль без замены оборудования, АТМ обладает наиболее развитым на сегодняшний день механизмом поддержания требуемого качества обслуживания для трафика разного типа, от голосового трафика и трафика видеоконференций с постоянной битовой скоростью до пульсирующего трафика Web-узлов с гарантированной средней пропускной способностью.

Однако, переход на магистрали к АТМ требует замены традиционных коммутаторов и маршрутизаторов с интерфейсами Ethernet, FastEthernet или FDDI на коммутаторы АТМ со сложной системой сигнализации и существенно более высокой стоимостью за порт. Такой переход требует как значительных инвестиционных вложений, так и обучения обслуживающего сеть персонала. Кроме того, сегодня до конца не решена проблема взаимодействия магистрали АТМ с подсетями, работающими на основе традиционных протоколов локальных сетей. В этой области определенно ощущается недостаток стандартов, на основе которых могло бы работать в одной сети оборудование разных производителей. Два стандарта из этой области - LANE и ClassicalIP - только частично решают проблему. Спецификация LANE (LANEmulation) превращает магистраль, построенную из АТМ коммутаторов в распределенный коммутатор, поддерживающий традиционные протоколы локальных сетей, например, Ethernet или FDDI. Но это не решает проблемы работы через магистраль подсетей, подключенных через маршрутизаторы, так как механизмы LANE работают на канальном уровне. Отказ от маршрутизаторов при создании магистрали крупной сети невозможен, так как надежная защита от широковещательного шторма, а также решение некоторых других проблем только средствами канального уровня невозможно - это известный факт, подтверждающийся опытом эксплуатации локальных сетей, построенных только на коммутаторах.

Стандарт ClassicalIP описывает работу маршрутизаторов через магистраль АТМ только для протокола IP. Кроме того, он был разработан достаточно давно как первый вариант механизма сосуществования маршрутизируемых сетей и сетей АТМ, и потому не решает всех задач автоматизации процесса работы маршрутизатора через сеть, не поддерживающую широковещательность.

Спецификация MPOA (MultiprotocolOverATM), которая должна определить, как должны работать многопротокольные маршрутизаторы через магистраль АТМ и быть одновременно совместимой с LANE, пока все еще не нашла окончательного одобрения в ATMForum из-за несовместимости позиций некоторых ключевых участников согласительного процесса, таких, например, как Cisco и BayNetworks.

Даже при наличии стандарта на работу многопротокольных маршрутизаторов через АТМ и достаточной производительности самих маршрутизаторов, особенности работы системы сигнализации коммутаторов АТМ затрудняют сегодня использование АТМ в качестве магистрали крупной локальной сети. Эти особенности, описанные выше, приводят к слишком большому времени установления новых соединений на магистрали, измеряемому единицами милисекунд.

2.5.3. Применение на магистрали методов ускоренной передачи IP-трафика типа IP switching и tag switching

Для устранения замедления работы магистрали, вносимого коммутаторами АТМ при установлении и разрыве динамических виртуальных соединений (SVC), компания Ipsilon предложила свой собственный подход использования технологии АТМ, названный ею IP-switching, который затем подхватили и развили многие компании, породив большое количество частных и несовместимых решений (Tag-switching компании Cisco, ARIS компании IBM и т.п.). Все вместе эти решения позволяют говорить о третьем вариантепостроения магистрали.

Этот вариант связан с нестандартным способом работы коммутаторов АТМ. Формат ячеек АТМ, способы разбиения пакетов на ячейки и последующей сборки ячеек в пакеты локальных сетей, а также использование небольшого поля номера виртуального канала VPI/VCI для принятия коммутатором решения о передаче ячейки с порта на порт остаются теми же. Изменяется способ прокладки нового виртуального соединения через сеть АТМ. Для этого не требуется прохождение запроса через все коммутаторы на пути нового виртуального канала. Каждый коммутатор строит таблицу номеров VPI/VCI для продвижения ячеек через свои порты относительно автономно от других коммутаторов, так что для образования виртуального пути не требуется согласия всех коммутаторов, через которые он проходит. Процесс создания таблиц VPI/VCI может быть растянут во времени, так что часть коммутаторов уже готова к быстрой коммутации ячеек нового виртуального пути, а часть - еще нет.

Виртуальные пути прокладываются через магистраль только для долговременных потоков пакетов данных. Для одиночных пакетов, которые не образуют потока (например, для пакетов сервиса DNS), коммутаторы АТМ работают как обычные IP-маршрутизаторы, то есть обрабатывают каждый пакет в соответствии с его IP-заголовком и просматривают обычную таблицу маршрутизации для принятия решения о продвижении пакета через сеть АТМ. Как только коммутатор выявляет устойчивый поток, проходящий через его порты, он устанавливает для него новое виртуальное соединение и присваивает ему новый адрес VPI/VCI. Затем все пакеты, приходящие в пограничный АТМ-коммутатор магистрали, при разбиении на ячейки АТМ помечаются этим адресом VPI/VCI и коммутируются без задержек на выполнение маршрутизации всеми коммутаторами магистрали АТМ, встречающимися на пути маршрута.

Ускорение передачи потоков данных достигается за счет сокращения времени образования виртуальных каналов в коммутаторах АТМ по сравнению со стандартной процедурой. Однако при этом коммутаторы, используемые на магистрали сети, уже трудно назвать стандартными АТМ-коммутаторами. Они выполняют и функции обычных маршрутизаторов, так как для обработки IP-пакетов строят таблицы маршрутизации, для чего поддерживают стандартные протоколы обмена маршрутной информацией, такие как RIP или OSPF. Они также поддерживают частный протокол распространения маршрутной информации по ATM-сети для построения таблиц VPI/VCI номеров потоков (например, протокол IFMP для коммутаторов Ipsilon). Для поддержки стандартных АТМ-сетей такие коммутаторы могут создавать виртуальные пути и стандартным способом, с помощью системы сигнализации, предложенной АТМ Forum.

К сожалению, техника ускоренной передачи IP-трафика через АТМ-магистрали остается пока нестандартной, хотя в комитет IETF поступило ряд предложений по выработке общего стандарта (в том числе и от пионера этого подхода Ipsilon, а также от лидера в области маршрутизации - компании Cisco, чья схема Tag-switching позволяет передавать через магистраль не только IP-пакеты, но и пакеты других популярных протоколов, например, IPX).

2.5.4. Магистраль на базе технологии GigabitEthernet

Четвертый вариантпостроения магистрали связан с использованием на ней новой технологии GigabitEthernet. При этом скорость отдельных частей магистрали может гибко подстраиваться под нужды трафика, так как наряду с GigabitEthernet может использоваться и FastEthernet.

GigabitEthernet, очевидно, будет сильным конкурентом для технологии АТМ при построении магистралей больших локальных сетей. Он превосходит существующие коммутаторы АТМ по битовой скорости (1000 Мб/c против 622 Мб/c), является более дешевым решением, и, кроме того, не требует существенного переобучения персонала. Основной недостаток технологии GigabitEthernet по сравнению с АТМ - как и ее предшественники Ethernet и FastEthernet, она не поддерживает такое понятие как качество обслуживания пользовательского трафика. Этот недостаток может быть существенным, если в сети действительно передаются чувствительные к задержкам данные. Если же основной поток данных составляют данные файлового сервиса (или аналогичного по требованиям к задержкам сервиса), то отсутствие гарантий качества обслуживания практически не будет сказываться на работе пользователей сети. Кроме того, высокая скорость передачи данных в какой-то степени компенсирует отсутствие механизмов гарантии пропускной способности и задержек, так как пакет 1500 байт передается через незагруженную магистраль GigabitEthernet всего за 12 мкс. При коэффициенте загрузки в 30% - 50%, характерном для многих сетей Ethernet, задержка будет составлять в среднем 30 мкс, что намного меньше уровня в 20 мс, при котором участники видеоконференции начинают замечать ухудшение качества изображения.

Тем не менее, приверженцы технологии GigabitEthernet заботятся и о поддержке качества обслуживания. Они рассчитывают использовать для этой цели такие внешние по отношению к этой технологии протоколы ,как протокол резервирования пропускной способности IP-маршрутизаторов для потоков данных RSVP, а также протоколы 802.1q и 802.1p, обеспечивающие приоритезацию трафика в локальных сетях на основе коммутаторов. Очевидно, что такая смесь различных протоколов хотя и улучшит обслуживание трафика разных классов, но не сможет конкурировать со стройной системой поддержки качества обслуживания в сетях АТМ.

Недостатком технологии GigabitEthernet является на сегодняшний день и тот факт, что принятие для нее окончательного стандарта планируется в комитете 802.3 института IEEE только в середине 1998 года, так что нет никаких гарантий, что выпускаемое сейчас различными производителями гигабитное оборудование будет полностью совместимо со стандартом.

2.5.5. Сравнение различных вариантов построения магистрали крупной локальной сети

В целом необходимо отметить, что выбор определенного способа построения магистрали корпоративной локальной сети сейчас представляет достаточно сложное дело. Очевиден только тот факт, что традиционно используемая на магистралях крупных локальных сетей технология FDDI начинает постепенно сдавать свои позиции. Свидетельством этому является опрос, проведенный SageResearchInc. среди 200 американских компаний, применяющих FDDI в своих корпоративных сетях. Вопрос звучал так: "Собирается ли ваша компания в ближайшие 3 года перейти на другую высокоскоростную технологию?". Результаты опроса, представленные на диаграмме (рис. 2.22.), показывают, что популярность FDDI падает, так как больше половины компаний хотят заменить оборудование FDDI на оборудование, поддерживающее другую высокоскоростную технологию. Возможно, популярность FDDI падала бы еще более быстрыми темпами, но присущая ей внутренняя отказоустойчивость, которой нет ни в сетях АТМ, ни в сетях FastEthernet или GigabitEthernet, продолжает привлекать сетевых администраторов и интеграторов.

Выбор же технологии для замены FDDI на магистрали пока не очевиден, особенно ввиду отсутствия стандарта на большинство перспективных вариантов. Во многом выбор определяется требованиями приложений к качеству обслуживания их трафика. Во многих случаях для не очень чувствительных к задержкам приложений хорошим выбором будет GigabitEthernet, а для трафика реального времени - АТМ, возможно с модификациями стандартного варианта технологии для ускоренной передачи стандартных потоков данных типа IP-switching или Tag-switching. При использовании GigabitEthernet достигается хорошая совместимость с подсетями Ethernet и FastEthernet, то есть с внутренними подсетями корпорации, а при использовании АТМ нет проблем при подключении к территориальной магистрали провайдера, также все чаще использующей технологию АТМ как основной вид транспорта.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21