Корпоративные сети (стр. 2 из 53)

1.2. Стратегические проблемы построения транспортной системы корпоративной сети

Из-за того, что транспортная система создает основу для взаимосвязанной работы отдельных компьютеров, ее часто отождествляют с самим понятием "корпоративная сеть", считая все остальные слои и компоненты сети просто надстройкой. В свою очередь, транспортная система корпоративной сети состоит из ряда подсистем и элементов. Наиболее крупными составляющими транспортной системы являются такие подсистемы как локальные и глобальные сети корпорации, опять же понимаемые как чисто транспортные средства. В свою очередь каждая локальная и глобальная сеть состоит из периферийных подсетей и магистрали, которая эти подсети связывает воедино. Например, крупная локальная сеть, приведенная на рисунке 1.2, состоит из подсетей, объединенных магистралью, включающих два кольца FDDI и четыре маршрутизатора. Каждая подсеть также может иметь иерархическую структуру, образованную своими маршуртизаторами, коммутаторами, концентраторами и сетевыми адаптерами. Все эти коммуникационные устройства связаны разветвленной кабельной системой.

Рис. 1.2.Структура локальной сети

Глобальная сеть, объединяющая отдельные локальные сети, разбросанные по большой территории, также имеет, как правило, иерархическую структуру с высокоскоростной магистралью (например, АТМ), более медленными периферийными сетями (например, framerelay) и каналами доступа локальных сетей к глобальным. Эти составляющие глобальной сети представлены на рисунке 1.3.

Рис. 1.3. Структура глобальной сети

При создании и модернизации транспортной системы стратегически значимыми сегодня являются в первую очередь следующие проблемы.

1.2.1. Создание транспортной инфраструктуры с масштабируемой производительностью для сложных локальных сетей

Сегодня все чаще и чаще возникают повышенные требование к пропускной способности каналов между клиентами сети и серверами. Это происходит по разным причинам: из-за повышения производительности клиентских компьютеров, увеличения числа пользователей в сети, появления приложений, работающих с мультимедийной информацией, которая хранится в файлах очень больших размеров, увеличением числа сервисов, работающих в реальном масштабе времени. Особенно резко возросла нагрузка на серверы, которые публикуют корпоративные данные в Internet. Хотя такой трафик большую часть пути между сервером и клиентом проходит по глобальным каналам Internet, последний отрезок пути приходится на сегменты локальной сети предприятия, которые должны справляться с такой повышенной нагрузкой.

Требования к пропускной способности каналов связи к тому же очень неоднородны для различных сегментов и подсетей крупной локальной сети. Так как очень маловероятно, что все клиенты с одинаковой интенсивностью обмениваются данными со всеми серверами предприятия и внешними серверами, то часть сегментов загружена больше, а часть - меньше (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Интенсивности потоков данных в разных сегментах локальной сети

Следовательно, имеется потребность в экономичном решении, предоставляющем сегментам и подсетям ту пропускную способность, которая им требуется.

Тем не менее, 10-Мегабитный Ethernet устраивал большинство пользователей на протяжении около 15 лет. Это объясняется тем, что пропускная способность в 10 Мб/с с большим запасом перекрывала потребности клиентских и серверных компьютеров сетей тех лет. До появления персональных компьютеров в локальную сеть объединялись миникомпьютеры, которых на предприятиях было не так уж и много, поэтому подсети включали по 5 - 20 компьютеров. Трафик состоял в основном из алфавитно-цифровых данных, интенсивность которых обычно не превышала нескольких десятков Кбайт в секунду для одного компьютера. Персональные компьютеры, массово появившиеся в середине 80-х, были весьма маломощными, с медленными дисками, и также не создавали проблем для 10-Мегабитных каналов.

Большая избыточность 10-Мегабитных каналов также не очень беспокоила специалистов, так как технология Ethernet была достаточно дешевой, коммуникационное оборудование сети состояло из одного-двух маршрутизаторов, коаксиального кабеля и сетевых адаптеров, стоимость которых была весьма небольшой по сравнению со стоимостью компьютеров, в которые они устанавливались.

Однако в начале 90-х годов начала ощущаться недостаточная пропускная способность каналов Ethernet. Для компьютеров на процессорах Intel 80286 или 80386 с шинами ISA (8 Мбайт/с) или EISA (32 Мбайт/с) пропускная способность сегмента Ethernet составляла 1/8 или 1/32 канала "память - диск", и это хорошо согласовывалось с соотношением объемов локальных данных и внешних данных для компьютера. Теперь же у мощных клиентских станций с процессами Pentium или PentiumPRO и шиной PCI (133 Мбайт/с) эта доля упала до 1/133, что явно недостаточно. Еще больший недостаток в пропускной способности стали ощущать серверы, как на основе RISC-, так и на основе Intel-процессоров. Основным решением в этой области стало использование нескольких сетевых адаптеров, работающих на разные подсети.

В начале 90-х годов наметились сдвиги и в характере передаваемой по сети информации. Наряду с алфавитно-цифровыми данными появились графические, звуковые и видеоданные, хранящиеся в многомегабайтных файлах. Это еще больше усугубило ситуацию, так как теперь даже несколько персональных компьютеров, работающих с мультимедийной информацией, могли перегрузить 10-Мегабитный сегмент сети.

Поэтому многие сегменты 10 Мегабитного Ethernet'а стали перегруженными, реакция серверов в них значительно упала, а частота возникновения коллизий существенно возросла, еще более снижая номинальную пропускную способность.

Самое простое решение - повышение битовой скорости единственного протокола, работающего во всех сегментах сети, как происходило ранее с сетями на основе Ethernet - не является уже рациональным для скоростей больших чем 30 - 40 Мб/с. Это стало ясно после разработки и применения первого высокоскоростного протокола локальных сетей - протокола FDDI, работающего на битовой скорости 100 Мб/с. Стоимость сегментов FDDI оказалась для этого слишком высокой, поэтому протокол FDDI стал применяться в основном только для построения магистралей крупных локальных сетей и подключения централизованных серверов предприятия. Для связи сегментов Ethernet с сегментами FDDI потребовалось применение маршрутизаторов или транслирующих коммутаторов.

Такая схема построения локальной сети, когда в ней существует несколько сегментов (в случае применения коммутаторов) или подсетей (в случае применения маршрутизаторов или умеющих маршрутизировать коммутаторов), в каждом из которых применяется один из двух протоколов в зависимости от той пропускной способности, которая нужна компьютерам, работающих в этой части сети, является прообразом схемы, к которой сегодня стремятся производители сетевого оборудования и сетевые интеграторы.

Более совершенная схема построения локальной сети должна опираться не на две доступные скорости, а на более дробную иерархическую линейку скоростей для компьютеров сети. Тогда можно будет более точно и с меньшими затратами учесть потребности каждой группы компьютеров, объединенных в сегмент, или даже каждого отдельного компьютера. Для согласования скоростей работы каналов между сегментами сети необходимо применять устройства, обрабатывающие трафик с буферизацией пакетов - коммутаторы или маршрутизаторы, но не концентраторы, которые организуют побитную передачу данных из сегмента в сегмент.

1.2.2.Предоставление индивидуального качества обслуживания для различных типов трафика и различных приложений в локальных сетях

Можно пойти и дальше в детализации требований к пропускной способности. В конце концов пропускная способность каналов связи нужна не компьютеру в целом, а отдельным приложениям, которые выполняются на этом компьютере. У файлового сервиса одни требования к пропускной способности, у электронной почты - другие, а у сервиса интерактивных видеоконференций - третьи. Особенно остро эти различия стали ощущаться с начала 90-х годов, когда наряду с традиционным файловым сервисом и сервисом печати в локальных сетях стали использоваться новые виды сервисов, порождающих трафик реального времени, очень чувствительного к задержкам. Типичным представителем такого сервиса является компьютерная телефония. Каждый телефонный разговор двух абонентов порождает в сети трафик, имеющий постоянную битовую скорость, чаще всего 64 Кб/с (рис.1.5), когда источник голосовой информации порождает поток байт с частотой 8 КГц.

Более сложные методы кодирования могут уменьшить интенсивность голосового трафика до 9.6 Кб/с, и даже до 4 - 5 Кб/с.

Независимо от способа кодирования и интенсивности трафика, качество воспроизводимого на приемном конце голоса очень зависит от задержек поступления байт, несущих замеры амплитуды голоса. Вся техника передачи голоса в цифровой форме основана на том, что замеры должны поступать на воспроизводящее устройство через те же интервалы, через которые они производились на приемном устройстве, которое преобразовывало голос в последовательность чисел. Задержка поступления очередного байта более чем на 10 мс может привести к появлениям эффекта эха, большие задержки могут исказить тембр голоса до неузнаваемости или привести к затруднениям в распознавании слов. Компьютерные сети - как локальные, так и глобальные - это сети с коммутацией пакетов, в которых задержки передачи пакетов трудно предсказать. В силу самого способа буферизации пакетов в промежуточных коммутаторах и маршрутизаторах задержки в компьютерных сетях имеют переменный характер, так как пульсирующий характер файлового сервиса, Web-сервиса и многих других популярных компьютерных сервисов создают постоянно меняющуюся загрузку коммутаторов и маршрутизаторов.