Коммутация локальных вычислительных сетей и внедрение Fast Ethernet (Практическоеруководство)

Введение

Коммутация локальных вычислительных сетей (ЛВС) и технологии Fast Ethernet были разработаны в ответ на потребность в повышении эффективности функционирования сетей Ethernet. Путем повышения пропускной способности эти технологии могут устранять “узкие места” в сети и поддерживать приложения, требующие большой скорости передачи данных. Привлекательность этих решений состоит в том, что вам не нужно выбирать то или другое. Они являются взаимодополняющими, так что эффективность функционирования сети чаще всего можно повысить путем использования обеих технологий.

Данное руководство было подготовлено, для того чтобы помочь Вам решить, когда и как внедрить технологии коммутации и Fast Ethernet для достижения максимального эффекта. Оно делится на две части.

Коммутация локальных вычислительных сетей и технология Fast Ethernet

Часть 1 бегло знакомит с различиями между коммутацией ЛВС и технологией Fast Ethernet. Она заканчивается выводами по обеим технологиям.

Решение общих проблем эффективности функционирования

Коммутация локальных вычислительных сетей и технологии Fast Ethernet

Как выбрать нужную технологию

Если ваша сеть Ethernet нуждается в большей пропускной способности, вы можете добиться этого путем добавления 10-портового коммутатора Ethernet или концентратора Fast Ethernet. Каждое из этих устройств обеспечивает суммарную пропускную способность 100 Мбит/с, но разными путями. Поясним это с помощью следующей аналогии.

Предположим, что каждый пакет в сети Ethernet доставляется посыльным на велосипеде. Предположим, что максимальная скорость велосипеда составляет 10 миль в час и имеется однополосная велосипедная дорожка, которую должны делить между собой все посыльные. Пока транспортный поток невелик, каждый велосипед может поддерживать максимальную скорость 10 миль в час. Однако, когда транспортный поток увеличивается, велосипеды вынуждены снижать скорость. Один способ повысить скорость доставки сообщений - расширить велосипедную дорожку. Если мы обеспечим в итоге десять полос движения, то с максимальной скоростью смогут ехать десять велосипедов, каждый по своей полосе. Добавление полос движения на велосипедной дорожке подобно сегментации сети, т.е. добавлению коммутатора Ethernet. Сегментация и коммутация обеспечивают дополнительные полосы для увеличения транспортного потока. Однако, если транспортный поток продолжает увеличиваться, то и этих полос может не хватить и велосипедисты снова будут вынуждены снижать скорость.

Другой способ - дать каждому посыльному более быстроходное транспортное средство. Например, автомобили, максимальная скорость которых составляет 100 миль в час. Это аналогично внедрению в сеть высокоскоростной технологии Fast Ethernet. Подобно Ethernet, Fast Ethernet обеспечивает только одну полосу для транспортного потока. Когда транспортный поток невелик, сообщение может доставляться автомобилем в десять раз быстрее, чем велосипедом. Действительно, каждый посыльный на автомобиле может доставить десять сообщений за то время, которое затрачивает посыльный на велосипеде для доставки одного сообщения.

Транспортный поток резко снижается, поскольку для доставки того же количества сообщений требуется меньше автомобилей.

Подобно тому, как велосипед никогда не сможет достичь скорости автомобиля, Ethernet никогда не сможет достичь скорости Fast Ethernet, независимо от того, сколько добавлено полос, или коммутаторов. Делая выбор между двумя технологиями, вы должны определить, удовлетворяет ли скорость, с которой Ваша сеть передает пакеты, условия незначительного трафика. Если скорость в порядке, потребности Вашей сети в повышении пропускной способности обеспечит коммутация. Если, однако, вам нужно меньшее время ответа или вы опасаетесь, что можете выйти за рамки коммутируемого решения 10 Мбит/с, выбирайте Fast Ethernet. Эта высокоскоростная технология необходима для серверов и рабочих станций, выполняющих критичные к скорости передачи приложения.

Ниже следует краткое изложение обеих технологий.

Коммутация ЛВС - что это такое и как она работает?

Коммутаторы представляют собой высокоскоростные многопортовые мосты, способные полностью пропустить 10 Мбит/с при Ethernet или 100 Мбит/с при Fast Ethernet - через каждый порт. Подобно мостам, коммутаторы принимают интеллектуальные решения о том, куда направить сетевой трафик, исходя из адреса назначения пакета. В результате коммутаторы могут значительно снизить ненужный трафик.

Коммутация не требует изменений в инфраструктуре Ethernet. Коммутатор может быть добавлен к существующей сети Ethernet без изменения сетевой кабельной системы, адаптеров, драйверов или любых других программных средств.

Коммутаторы ЛВС микросегментируют сеть

Коммутаторы ЛВС микросегментируют сеть - делят ее на меньшие сегменты (collision domains), а затем соединяют эти сегменты, давая им возможность связаться друг с другом. Путем сокращения числа узлов в сегменте микросегментация сокращает число коллизий и увеличивает доступную пропускную способность в расчете на один узел. А путем соединения сегментов через коммутаторы формируется единая ЛВС с потенциальной пропускной способностью, во много раз превышающей пропускную способность первоначальной односегментной ЛВС.

Каждый порт коммутатора фактически является входом в отдельный сегмент ЛВС. Этот сегмент может совместно использоваться многими станциями, присоединенными к концентратору, или может быть выделен для одного устройства - сервера или рабочей станции.

Коммутаторы ЛВС поддерживают параллельный трафик

В разделяемой (shared) сети Ethernet трафик, как правило, происходит только между пользователем и сервером, а одновременно может иметь место только один такой “диалог”. Добавление коммутатора в сеть обеспечивает несколько одновременных диалогов. Однако допускается только один диалог на сегмент.

Коммутаторы ЛВС фильтруют сетевой трафик

Коммутаторы могут также сокращать ненужный сетевой трафик. Они “заучивают” МАС - адреса устройств и сохраняют их в таблице. Используя эту таблицу, коммутаторы принимают интеллектуальные решения о том, куда передать трафик, исходя из адреса назначения каждого пакета. Путем фильтрации пакетов, адрес назначения которых находится в том же самом сегменте, что и адрес источника, коммутаторы могут ограничить сетевой трафик соответствующим сегментом.Остальные пакеты передаются в другой сегмент.

Коммутаторы ЛВС могут поддерживать полнодуплексный режим

Помимо этого, некоторые коммутаторы поддерживают дуплексный режим. Этот режим также поддерживается некоторыми сетевыми адаптерами, но не концентраторами. Соединение устройств, способных работать в дуплексном режиме, исключает коллизии и эффективно удваивает пропускную способность этого сегмента.

Fast Ethernet - его отличия от Ethernet

Fast Ethernet - результат развития технологии Ethernet. Базируясь на том же протоколе CSMA/CD (коллективный доступ с опросом канала и обнаружением коллизий), устройства Fast Ethernet работают со скоростью, в 10 раз превышающей скорость Ethernet. 100 Мбит/с. Fast Ethernet обеспечивает достаточную пропускную способность для таких приложений как системы автоматизированного проектирования и производства (CAD/CAM), графика и обработка изображений, мультимедиа. Fast Ethernet совместим с 10 Мбит/с Ethernet, так что интеграцию Fast Ethernet в вашу ЛВС удобнее осуществить с помощью коммутатора, а не маршрутизатора.

Маршрутизаторы являются дорогостоящим решением и их производительность ниже, чем у коммутаторов.

Сходства

Подобно Ethernet, Fast Ethernet представляет собой технологию коллективного пользования, основанную на конкуренции. Fast Ethernet использует такие же приложения и такие же инструментальные программные средства для управления и диагностики неисправностей. Это дает Вам возможность защитить свои капиталовложения в оборудование и обучение сотрудников ЛВС.

Различия

Для Fast Ethernet вам потребуются сетевые адаптеры и концентраторы, специально разработанные для 100 Мбит/с ЛВС. Однако, некоторые из новейших сетевых адаптеров могут работать как в сети Ethernet, так и в Fast Ethernet. К другим различиям относятся сетевая кабельная система, число повторителей и ограничения на длину кабеля.

Среда передачи данных

В Fast Ethernet используется только кабель - витая пара и волоконно-оптические кабели; коаксиальный кабель не поддерживается. Подобно наличию спецификаций кабелей Ethernet - 10BASE-T для кабеля с витыми парами, 10BASE2 для тонкого коаксиального кабеля, 10BASE5 для толстого коаксиального кабеля, 10BASE-F для волоконно-оптического кабеля, - существуют спецификации и для каждого типа кабеля Fast Ethernet. Они перечислены в таблице:

Как и в Ethernet, все типы кабелей Fast Ethernet могут присутствовать в одной и той же сети. Если у Вас имеются четыре пары категории 3, мы рекомендуем Вам использовать спецификацию 100BASE-T4. Это значительно дешевле, чем повторно прокладывать кабель от настольной системы к технологическому шкафу. Для самого технологического шкафа, в котором относительно легко заменить кабель, идеальным вариантом является 100BASE-TX, поскольку он обеспечивает дуплексные соединения коммутатора с коммутатором и коммутатора с адаптером.

Кроме того, хотя разъемы для 100BASE-TX Fast Ethernet такие же, как и для 10BASE-T Ethernet, следует использовать кабель категории 5. Для 100BASE-T4 требуются четыре пары кабеля категории 3, 4 или 5. Три из них нужны для передачи или приема пакетов, в то время как четвертая пара предназначена для прослушивания канала. Поскольку невозможно выделить пары для передачи или приема данных, 100BASE-T4 не может обеспечивать дуплексный режим. Разъемы для обеих этих спецификаций представлены ниже.

Число повторителей

Концентраторы расширяют радиус действия сети путем ретрансляции сигнала. Их называют также многопортовыми повторителями. Однако даже при наличии повторителей в сети существуют ограничения расстояния передачи пакетов. Всякий раз, когда сообщение ретранслируется, оно считается одной пересылкой повторителя (repeater hop).

В сети Ethernet максимально возможны четыре такие пересылки между любой парой устройств - серверов или рабочих станций - в одном и том же сегменте. В случае Fast Ethernet этот максимум равен двум. Если сеть приходится расширять и дальше, следует использовать коммутатор, мост или маршрутизатор.

Кроме того, все повторители Ethernet могут передавать сигнал на одно и то же расстояние. В случае Fast Ethernet имеются два типа повторителей: класса (I) и класса (II). Как правило:

  • Повторители класса (I)
    • могут соединять кабели двух различных типов (например, 100BASE-TX, 100BASE-T4, 100BASE-FX). При использовании устройств этого типа может производиться только одна пересылка между двумя сетевыми станциями в одном и том же сегменте.
  • Повторители класса (II)
    • поддерживают кабели одного типа (например, 100BASE-TX, 100BASE-T4, 100BASE-FX). При использовании этих повторителей может производиться до двух пересылок между любыми двумя сетевыми станциями в одном и том же сегменте.

Ограничения на длину кабеля

В Fast Ethernet появляется еще и другое определение: максимальный диаметр сети - длина кабеля между двумя оконечными станциями в одном и том же сегменте (см. иллюстрации). Для кабеля - витая пара максимальный диаметр сети составляет 205 метров. Волоконно-оптический кабель, конечно, может иметь большую длину. Возможны также комбинации медного и волоконно-оптического кабеля. Они указаны в таблице в конце части 1.

Кроме того, имеются ограничения на максимальную длину кабеля. Для витой пары она ограничена 100 метрами - как и у 10BASE-T Ethernet.

Из-за этих ограничений наращиваемые концентраторы и коммутаторы ЛВС приобретают даже большую значимость для Fast Ethernet, чем для сетей на основе Ethernet. Эти устройства снимают ограничения с размера сети Fast Ethernet.

С помощью наращиваемых концентраторов одна рабочая группа может быть расширена для охвата большего числа пользователей. Даже если к стеку добавить дополнительные модули, весь стек все равно рассматривается как один логический повторитель. Поэтому рабочая группа Fast Ethernet, созданная вокруг наращиваемого концентратора класса (I), может поддерживать десятки пользователей.

С помощью коммутаторов ЛВС многие рабочие группы могут быть соединены между собой для формирования большой ЛВС. Недорогие коммутаторы работают лучше, чем маршрутизаторы, обеспечивая более высокую эффективность функционирования ЛВС. Рабочие группы Fast Ethernet, включающие в себя один или два концентратора, могут соединяться через коммутатор Fast Ethernet с целью дальнейшего увеличения числа пользователей, а также охвата более обширной площади.

Решение общих проблем увеличения пропускной способности ЛВС

Причины общих проблем повышения пропускной способности ЛВС

На повышение пропускной способности сетей может воздействовать ряд факторов, например, быстродействие персональных компьютеров (ПК) и серверов, тип метода хранения информации на дисках, а также сетевая архитектура. В настоящее время, вследствие изменения характера трафика решающее значение приобретает грамотная проработка сетевой архитектуры. В прошлом наибольшая часть трафика - фактически целых 80% - была локальной, ограниченной рабочей группой, в то время как по сетевой магистрали проходило всего лишь около 20% пакетов. Сегодня, при с распределенном характере приложений клиент-сервер, в сочетании с доступом к Internet/интрасети и приданием особого значения центральным серверам для улучшения администрирования, управления и безопасности, эти процентные соотношения изменились. В результате сегодняшние сети требуют более высокоскоростных сетевых магистралей.

Если эти факторы были учтены, а производительность ЛВС по-прежнему остается недостаточной, самое время проверить коэффициент использования пропускной способности сети. Когда этот коэффициент приближается к 40%, эффективность начинает снижаться. Это снижение производительности часто можно объяснить конкуренцией клиентов и/или тем, что сервер ЛВС становится “узким местом” в сети.

Если сеть является управляемой, вы можете добиться желаемого коэффициента при помощи программного обеспечения, основанного на протоколе SNMP (простой протокол управления сетью). Кроме того, некоторые из новейших концентраторов и коммутаторов содержат комплект световых индикаторов, позволяющих визуально определить коэффициент использования пропускной способности.

Что вызывает конкуренцию клиентов?

Ethernet является технологией коллективного использования канала. В типичной ЛВС пропускная способность 10 Мбит/с используется совместно всеми рабочими станциями и серверами. Если к ЛВС добавляется больше пользователей (клиентов), увеличивается сетевой трафик. Ключевыми факторами, способствующими росту сетевого трафика, являются такие приложения клиент/сервер, как Lotus Notes и служебный протокол SAP, программы доступа в Internet, а также приложения, использующие графические файлы. Они увеличивают конкуренцию в сети, снижая среднюю доступную пропускную способность в расчете на одного пользователя.

Даже несколько пользователей, одновременно обращающихся к стандартным офисным приложениям, как, например, Microsoft Office, могут “поглотить” пропускную способность 10 Мбит/с ЛВС коллективного пользования. При таком сценарии Fast Ethernet коллективного пользования, как правило, превзойдет коммутируемый Ethernet со скоростью 10 Мбит/с.

Что приводит к возникновению “узких мест”?

В сети клиент/сервер диалоги происходят только между пользователем (или клиентом) и сервером. Каждый сервер ставит в очередь запросы от многих клиентов и передает данные небольшими пакетами каждому из них по очереди.

Если сервер не успевает обрабатывать запросы своих клиентов, он становится “узким местом”, снижающим эффективность функционирования сети.

Как можно решить эти проблемы?

Конкуренция из-за увеличенного трафика может быть снижена путем сегментации сети. Пользователи, работающие с приложениями, требующими интенсивной пропускной способности, могут быть объединены в рабочие группы Fast Ethernet.

Как только сеть будет сегментирована, можно устранить “узкие места” путем соединения каждого сервера с выделенным сегментом Ethernet или Fast Ethernet (преимущественно в дуплексном режиме) или путем подключения серверов к небольшой рабочей группе Fast Ethernet, так чтобы они могли совместно использовать пропускную способность 100 Мбит/с этого сегмента.

Сценарии, иллюстрирующие эти проблемы, и их решения для сетей Ethernet различных размеров, представлены на последующих страницах.

Проблема 1: Высокий уровень конкуренции клиентов в малой сети

Малая сеть коллективного пользования состоит из нескольких рабочих станций и сервера, подключенных к двум концентраторам Ethernet 10BASE-T, соединенным в каскаду, как, например, 8-портовые концентраторы EtherEZ™ фирмы SMC.

Из-за интенсивного трафика время отклика очень велико.

Решение 1: Сегментирование через сервер и подключение мощных пользователей к сегменту Fast Ethernet

Установка в сервер двухканального сетевого адаптера создаст два независимых сегмента ЛВС.

  1. Установить в сервере двухканальную плату, например, PCI-плату EtherPower™ 10/100 фирмы SMC. С помощью этого адаптера, который поддерживает функцию Auto-Negotiation, каждый канал может работать независимо на скорости 10 или 100 Мбит/с.
  2. Отсоединить концентраторы друг от друга и заново подключить их по одному к каждому каналу сервера.
  3. Если некоторые клиенты используют приложения, требующие высокой пропускной способности, установить в них адаптеры Fast Ethernet, напр. РСI- адаптер EtherPower™ 10/100 корпорации SMC. Затем заменить один из концентраторов Ethernet моделью Fast Ethernet, напр. EZ Hub™ 100 фирмы SMC. Этот концентратор класса II является каскадируемым и имеет восемь портов 100BASE-TX. Наконец, подключить мощных клиентов к новому концентратору.

Проблема 2: “узкие места” и конкуренция клиентов в небольшой сети

Небольшая сеть, показанная ниже, состоит из нескольких рабочих станций и пары серверов, соединенных с концентраторами Ethernet 10BASE-T, подключенными в каскаду, напр. EtherEZ™ фирмы SMC. Эта сеть включает в себя 16-портовый концентратор и два 8-портовых концентраторов.

16-портовый концентратор оснащен световыми индикаторами, показывающими степень использования пропускной способности и уровень коллизий. Из-за напряженного трафика индикаторы показывают, что пропускная способность приближается к 40% и число коллизий растет.

Решение 2: Сегментирование сети через коммутатор Ethernet и подключение серверов к выделенным сегментам Fast Ethernet

Сегментация сети уменьшает число пользователей в каждом сегменте и повышает среднюю доступную пропускную способность в расчете на одного пользователя. Подключение каждого сервера к выделенному каналу Fast Ethernet даст возможность быстрее обслуживать запросы.

  1. Установить коммутатор Ethernet, например, EZ Switch™ 8+2 фирмы SMC. Этот коммутатор имеет 8 портов 10BASE-T и два порта 100BASE-TX и поддерживает дуплексный режим на каждом из портов.
  2. Отсоединить серверы от концентратора и установить в каждом из них сетевые адаптеры Fast Ethernet, напр. РСI-платы EtherPower™ 10/100 фирмы SMC.
  3. Заново подключить серверы к портам 100BASE-TX коммутатора и сконфигурировать эти порты для работы в дуплексном режиме.
  4. Присоединить каждый концентратор (максимум шесть) к свободным портам коммутатора.

Технология: коммутируемый Ethernet, введенный Fast Ethernet. Суммарная пропускная способность: 460 Мбит/с.

Проблема 3: Сервер становится “узким местом” в сети средних размеров

Сеть средних размеров состоит из нескольких рабочих станций и серверов, соединенных со стеком повторителей, напр., наращиваемых концентраторов TigerStack™ корпорации SMC. Эта сеть включает в себя четыре концентратора 10BASE-T: две 14-портовые модели и две 28-портовые модели.

Концентраторы TigerStack выпускаются также с разъемами для коаксиального и волоконно-оптического кабеля. Все модели могут объединяться в стек до восьми концентраторов.

Из-за растущего трафика время ответа в сети также растет, а при использовании приложений, требующих интенсивного обмена данных, серверы не успевают обрабатывать запросы.

Решение 3: Сегментирование сети через коммутатор Ethernet и подключение серверов и мощных пользователей к сегменту Fast Ethernet.

Сегментация сети уменьшает число пользователей на сегмент и повышает среднюю пропускную способность в расчете на одного пользователя. Подключение серверов и мощных пользователей к сегменту Fast Ethernet дает этим устройствам возможность совместно использовать пропускную способность 100 Мбит/с.

  1. Установить коммутатор Ethernet, например, 8-портовый коммутатор TigerSwitch™ 8+2ТX фирмы SMC. Этот коммутатор имеет восемь портов 10BASE-T и два порта 100BASE-TX.
  2. Разделить стек Ethernet на не более чем восемь сегментов.
  3. Подключить каждый сегмент к отдельному порту коммутатора.
  4. Отключить мощных пользователей и серверы от стека и установить в каждом из них сетевой адаптер Fast Ethernet, напр., PCI-плату EtherPower 10/100 фирмы SMC.
  5. Подключить концентратор Fast Ethernet, напр., TigerStack 100 фирмы SMC, порту 100BASE-TX коммутатора и подключить серверы и мощных пользователей к новому концентратору. Этот наращиваемый концентратор выпускается в 12- и 24-портовых моделях.

Проблема 4: “узкие места” сервера и конкуренция клиентов в большой сети совместного пользования

Сеть, показанная ниже, состоит из нескольких рабочих станций и серверов, подключенных к стеку концентраторов, напр., TigerStack фирмы SMC. Этот стек состоит из восьми концентраторов и имеет разъемы 10BASE-T, а также разъемы для коаксиального и волоконно-оптического кабеля.

Каждый отдельный концентратор TigerStack может быть разделен на два, три или четыре сегмента. Таким образом, максимальное число сегментов в стеке, состоящем из восьми концентраторов - 32 сегмента.

TigerStack также может управляться по протоколу SNMP. Благодаря этому, оптимальное использование пропускной способности может быть достигнуто при помощи любой программы управления на базе SNMP. Из-за напряженного трафика и применения приложений, требующих интенсивного обмена данными, коэффициент использования пропускной способности приближается к 40%.

Технология: Ethernet совместного пользования. Суммарная пропускная способность: 10 Мбит/с.

Решение 4: Внедрение сети Fast Ethernet для серверов и мощных пользователей, сегментирование обеих сетей и сегментов через коммутатор Fast Ethernet

Превращение серверов в выделенные сегменты Fast Ethernet обеспечит им подключение к отдельным каналам по 100 Мбит/с, что повысит скорость обслуживания запросов.

  1. Установить коммутатор Ethernet, например, 16-портовый TigerSwitch 16+2 фирмы SMC. Этот коммутатор имеет 16 портов 10BASE-T и два порта по 100BASE-TX.
  2. Разделить стек не более чем на 16 сегментов и соединить каждый сегмент с отдельным портом в коммутаторе.
  3. Добавить коммутатор Fast Ethernet, например, TigerSwitch 100 фирмы SMC. Этот коммутатор имеет 8 портов 10BASE-TX с функцией Auto-Negotiation.
  4. Отсоединить серверы и мощных пользователей от стека и установить сетевые адаптеры Fast Ethernet, напр., PCI-плату EtherPower 10/100 фирмы SMC.
  5. Соединить коммутатор Ethernet с коммутатором Fast Ethernet через uplink порт Fast Ethernet. Соединить также два из имеющихся серверов непосредственно с теми коммутируемыми портами Fast Ethernet, которые были сконфигурированы для работы в дуплексном режиме.Подключить к сети стек концентраторов Fast Ethernet, например, TigerSwitch 100 фирмы SMC, для мощных пользователей и остальных серверов. Разделить этот стек не более чем на пять сегментов и подключить каждый сегмент к отдельному порту коммутатора Fast Ethernet.

Технология: коммутируемый Ethernet и коммутируемый Fast Ethernet. Суммарная пропускная способность: 1160 Мбит/с.

Конкуренция клиентов может быть снижена посредством:

  • сегментации сети и подключения сегментов к серверу или коммутатору для повышения доступной пропускной способности в расчете на одного пользователя;
  • добавления небольшой рабочей группы Fast Ethernet для мощных пользователей, так чтобы они могли отдельно использовать пропускную способность 100 Мбит/с высокоскоростного сегмента.

“узкие места” сервера могут быть устранены посредством:

  • сегментации сети с помощью коммутатора и соединения серверов непосредственно с коммутируемыми портами, так чтобы каждый из них имел выделенную пропускную способность 10 или 100 Мбит/с (а если и порты, и сетевые адаптеры поддерживают дуплексный режим, то обеспечивается скорость 20 или 200 Мбит/с);
  • добавления небольшой рабочей группы Fast Ethernet для группы серверов, так чтобы они могли совместно использовать пропускную способность 100 Мбит/с высокоскоростного сегмента.

План достижения успеха

При планировании интеграции Fast Ethernet в ЛВС Ethernet следует принимать во внимание ряд факторов. На первом этапе следует проверить свою сеть Ethernet.

Может ли она использоваться совместно с Fast Ethernet? Является ли коммутируемой? Управляемой? Следующий этап -систематизация причин, по которым Вы планируете внедрить Fast Ethernet в свою ЛВС Ethernet. Вы хотите повысить эффективность функционирования серверов? Поддержать высокоскоростные приложения? Снизить конкуренцию клиентов? Или вы просто хотите подстраховаться, прежде чем объем трафика превысит пропускную способность Вашей сети и изменения станут абсолютной необходимостью? В заключение требуется определить, сколько пользователей и серверов Fast Ethernet будут подключены к сети.

При разнообразии сетевых продуктов на сегодняшнем рынке интеграция Fast Ethernet в ЛВС Ethernet может выглядеть по-разному. Однако любое решение включает:

    сегментацию сети для снижения конкуренции и обеспечения большей пропускной способности для серверов и мощных пользователей;

    дополнительную коммутацию для подсоединения отдельных сегментов.

Надеемся, что методы, описанные настоящем руководстве, помогут Вам разобраться в проблемах Вашей ЛВС, так что вы сможете подойти к задаче выбора приемлемого решения профессионально и уверенно.

Построение корпоративной ЛВС: выбор коммутаторов доступа Сisco

Cisco предлагает обширный набор решений коммутации для корпоративных сетей, центров обработки данных и малых предприятий. Эти решения оптимизированы для широкого спектра отраслей, включая операторов связи, финансовые организации и государственный сектор. Разнообразие устройств иногда может затруднить выбор заказчика именно той модели устройства, которая максимально соответствует его техническим и бизнес-потребностям. В этой статье мы бы хотели помочь в таком выборе, охватив лишь уровень доступа (access layer) иерархической модели построения локальных вычислительных сетей (ЛВС).

Традиционное рабочее место (данные и голос)

Итак, если ваша сетевая инфраструктура на текущий момент или в планируемой перспективе будет ограничена лишь передачей информационных и голосовых данных (data and voice traffic), то вам вполне подойдут устройства Cisco Catalyst 2960 (рис.1)

Рис.1. Модельный ряд Сisco Сatalyst 2960

При этом, если вам достаточно скоростей на портах доступа (access) 100Mбит/c и магистральных портах (uplink) 1Гбит/c, то вам вполне подойдут коммутаторы серии 2960-Plus. Они обладают базовым функционалом L2, до 48 портов доступа, поддержкой IEEE 802.3af PoE (15.4 Ватт) на портах доступа и комбинированные (медь или оптика) магистральные порты. Однако, если в точках агрегации пользовательских подключений потребуется большое количество подключений (свыше 48), с точки зрения упрощения конфигурации и поддержки устройств, а также для обеспечения отказоустойчивости, целесообразно использовать стекируемые модели серии 2960-SF. Помимо стекирования до 4 устройств в единый коммутационный элемент коммутаторы 2960-SF обладают более расширенным функционалом L2 и позволяют обеспечить IEEE 802.3at PoE (PoE+, 30 Ватт) на портах доступа.

Если же вы планируете построение ЛВС со скоростными магистральными каналами 10Гбит/c и портами доступа 1Гбит/c (согласно рекомендуемому дизайну Cisco для организаций корпоративного уровня), то вам следует рассмотреть устройства серии 2960-X в качестве базового коммутатора доступа. Эти модели характеризуются высокой производительностью и функциональностью L2, возможностью стекирования до 8 устройств в стек, поддержкой PoE/PoE+, уникальным набором функций энергосбережения и функционалом сбора статистики о существующих потоках данных.

Многие корпоративные заказчики как альтернативу коммутируемому доступу (L2) выбирают маршрутизируемый (L3), что при выборе коммутаторов накладывает требование поддержки протоколов и сервисов уровня L3. Такими устройствами являются коммутаторы серии 2960-XR. В дополнении ко всему, эта платформа имеет возможность обеспечения резервирования электропитанию за счет использования двух внутренних блоков электропитания, в отличии от моделей 2960-Plus, 2960-SF и 2960-X, которые c лицензией Lan Base обеспечивают этот функционал за счет подключения к внешней системе резервного электропитания (RPS 2300).

Унифицированное рабочее место (данные, голос, видео, BYOD, мобильность)

Однако, если вы желаете двигаться в ногу с последними тенденциями, присущими корпоративной инфраструктуре сегодняшнего дня, то вам следует обратить свое внимание на коммутаторы, рекомендуемые Cisco именно для построения унифицированного рабочего места (Unified Workspace) (рис.2).

Рис.2. Модельный ряд Сisco Сatalyst 3560-X, 3750-X, 3650, 3850, 4500-E.

Среди таких тенденций хотелось бы отметить 3 основные: видео, BYOD (Bring your own device, принеси свое собственное устройство в корпоративную сеть) и мобильность.

Увеличивающаяся доля видео-трафика подталкивает компании к построению ЛВС на более скоростных каналах (10 Гбит/c). Для эффективной и бесперебойной работы сетевой инфраструктуры на таких скоростях важным становится обеспечение высокой отказоустойчивости и гибкой системы предоставления соответствующего качества обслуживания разным сервисам (QoS). Данные задачи успешно реализуются за счет правильной архитектуры и функционала: высокоскоростная и неблокируемая коммутационная матрица, быстрая технология стекирования коммутаторов (64 Гбит/c – 3750-X, 160 Гбит/c – 3650, 480 Гбит/c – 3850), резервирование электропитания за счет 2-х блоков электропитания, технология обеспечения общедоступного пула электропитания для группы коммутаторов (3750-X, 3850 – StackPower), разнообразный функционал маршрутизации трафика и обеспечения минимального времени сходимости сети (Flexlink, Cross-Stack EtherChannel), а также обширный функционал QoS.

BYOD – решение для создания оптимальных условий работы для пользователей различных устройств в любое время и в любом месте. Уже очевидно, что что пользовательские переносные устройства – экономически эффективный и привлекательный способ повышения производительности труда, но многие организации боятся подключать их к корпоративной сети, опасаясь проблем с безопасностью корпоративных данных и приложений. Однако расширенный функционал безопасности коммутаторов Catalyst 3650-X/3750-X, 3650, 3850, 4500-E (ACL, Port Security, DAI, Source Guard, DHCP Snooping, 802.1X и т.д.) и интеграция с централизованными системами идентификации и авторизации доступа (Cisco ISE) позволяет обеспечить безопасность как с точки зрения доступа к сети, так и для самого устройства. В дополнении к базовым технологиям безопасности оборудование Cisco, имея уникальный функционал, позволяет обеспечить конфиденциальность данных в ЛВС, путем шифрования (MACsec – IEEE 802.1AE) на канальном (L2) уровне, как на пользовательских портах (пользователь-коммутатор), так и на магистральных портах (коммутатор-коммутатор) (3650-X/3750-X, 4500-E, 3650/3850-в будущих версиях ПО), а также организовать безопасный доступ на основе списков доступа на базе меток Secure Group Access List (SGACL) (3650-X/3750-X, 4500-E, 3650/3850 – в будущих версиях ПО).

Чтобы сотрудники, которые используют свои персональные устройства (смартфоны, планшетные компьютеры и т.д.), максимально эффективно решали служебные задачи им нужно обеспечить максимальную мобильность, то есть не только обеспечить проводную связь в любом месте, но и беспроводную связность ко всем корпоративным ресурсам. На базе платформы Сisco Catalyst 3850 вы сможете обеспечить мобильный унифицированный доступ для своих сотрудников за счет встроенных в одном устройстве коммутатора и беспроводного контроллера (на базе 4500-E c процессором Sup8-E – в следующих версиях ПО).

Еще одна уникальная особенность коммутаторов Cisco – это способность обеспечить на порту доступа электропитания 60 Ватт (Universal Power Over Ethernet – UPOE). Данная функциональность уже сейчас позволяет подключить персональные системы Telepresence, клиенты VDI, устройства контроля доступа и другие разнообразные пользовательские устройства, которые требуют электропотребление свыше 30 Ватт без использования отдельных кабелей электропитания (3650-X/3750-X, 4500-E, 3850, 3650 – в будущем).

Когда появились первые устройства, позволяющие разъединять сеть на несколько доменов коллизий, они были двух портовыми и получили название мостов (bridge-ей). По мере развития данного типа оборудования, они стали многопортовыми и получили название коммутаторов (switch-ей). Некоторое время оба понятия существовали одновременно, а позднее вместо термина "мост" стали применять "коммутатор".

Обычно, проектируя сеть, с помощью коммутаторов соединяют несколько доменов коллизий локальной сети между собой. В реальной жизни в качестве доменов коллизий выступают, как правило, этажи здания, в котором создается сеть. Их обычно более 2-х, а в результате обеспечивается гораздо более эффективное управление трафиком чем у прародителя коммутатора – моста. По меньшей мере, он может поддерживать резервные связи между узлами сети.

Благодаря тому, что коммутаторы могут управлять трафиком на основе протокола канального уровня (Уровня 2) модели OSI, он в состоянии контролировать МАС адреса подключенных к нему устройств и даже обеспечивать трансляцию пакетов из стандарта в стандарт (например, Ethernet в FDDI и обратно). Особенно удачно результаты этой возможности представлены в коммутаторах Уровня 3, т.е. устройствах, возможности которых приближаются к возможностям маршрутизаторов.

Коммутатор позволяет пересылать пакеты между несколькими сегментами сети. Он является обучающимся устройством и действует по аналогичной технологии. В отличие от мостов, ряд коммутаторов не помещает все приходящие пакеты в буфер. Это происходит лишь тогда, когда надо согласовать скорости передачи, или адрес назначения не содержится в адресной таблице, или когда порт, куда должен быть направлен пакет, занят, а коммутирует пакеты "на лету". Коммутатор лишь анализирует адрес назначения в заголовке пакета и, сверившись с адресной таблицей, тут же (время задержки около 30-40 микросекунд) направляет этот пакет в соответствующий порт. Таким образом, когда пакет еще целиком не прошел через входной порт, его заголовок уже передается через выходной. К сожалению, типичные коммутаторы работают по алгоритму "устаревания адресов". Это означает, что, если по истечении определенного промежутка времени, не было обращений по этому адресу, то он удаляется из адресной таблицы.

Коммутаторы поддерживают при соединении друг с другом режим полного дуплекса. В таком режиме данные передаются и принимаются одновременно, что невозможно в обычных сетях Еthегnеt. При этом скорость передачи данных повышается в два раза, а при соединении нескольких коммутаторов можно добиться и большей пиковой производительности.

Несколько особняком стоят коммутаторы серии SmartSwutch фирмы Cabletron Systems. Эта серия коммутаторов поддерживает технологию SNS, которая ранее называлась SFS . Одна из ее особенностей заключается в том, что коммутаторы, составляющие сеть, хранят таблицу адресов "вечно" и обмениваются ими друг с другом, могут выгружать их на специальный сервер. Это позволяет не только сократить время прохождения пакета по сети, но и решить ряд специфических проблем, особенно связанных с безопасностью.

Концентратор – HUB

Hub или концентратор – многопортовый повторитель сети с автосегментацией. Все порты концентратора равноправны. Получив сигнал от одной из подключенных к нему станций, концентратор транслирует его на все свои активные порты. При этом, если на каком-либо из портов обнаружена неисправность, то этот порт автоматически отключается (сегментируется), а после ее устранения снова делается активным. Обработка коллизий и текущий контроль за состоянием каналов связи обычно осуществляется самим концентратором. Концентраторы можно использовать как автономные устройства или соединять друг с другом, увеличивая тем самым размер сети и создавая более сложные топологии. Кроме того, возможно их соединение магистральным кабелем в шинную топологию. Автосегментация необходима для повышения надежности сети. Ведь Hub, заставляющий на практике применять звездообразную кабельную топологию, находится в рамках стандарта IEEE 802.3 и тем самым обязан обеспечивать соединение типа МОНОКАНАЛ.

Назначение концентраторов – объединение отдельных рабочих мест в рабочую группу в составе локальной сети. Для рабочей группы характерны следующие признаки: определенная территориальная сосредоточенность; коллектив пользователей рабочей группы решает сходные задачи, использует однотипное программное обеспечение и общие информационные базы; в пределах рабочей группы существуют общие требования по обеспечению безопасности и надежности, происходит одинаковое воздействие внешних источников возмущений (климатических, электромагнитных и т.п.); совместно используются высокопроизводительные периферийные устройства; обычно содержат свои локальные сервера, нередко территориально расположенные на территории рабочей группы.

Маршрутизатор – Router

Hub-ы, организующие рабочую группу, bridge-и, соединяющие два сегмента сети и локализующие трафик в пределах каждого из них, а также switch-и, позволяющие соединять несколько сегментов локальной вычислительной сети - это все устройства, предназначенные для работы в сетях IEEE 802.3 или Еthernet. Однако, существует особый тип оборудования, называемый маршрутизаторами (routегs), который применяется в сетях со сложной конфигурацией для связи ее участков с различными сетевыми протоколами (в том числе и для доступа к глобальным (WАN) сетям), а также для более эффективного разделения трафика и использования альтернативных путей между узлами сети. Основная цель применения роутеров – объединение разнородных сетей и обслуживание альтернативных путей.

Различные типы router-ов отличаются количеством и типами своих портов, что собственно и определяет места их использования. Маршрутизаторы, например, могут быть использованы в локальной сети Ethernet для эффективного управления трафиком при наличии большого числа сегментов сети, для соединения сети типа Еthernet с сетями другого типа, например Тоkеn Ring, FDDI, а также для обеспечения выходов локальных сетей на глобальную сеть.

Маршрутизаторы не просто осуществляют связь разных типов сетей и обеспечивают доступ к глобальной сети, но и могут управлять трафиком на основе протокола сетевого уровня (третьего в модели OSI), то есть на более высоком уровне по сравнению с коммутаторами. Необходимость в таком управлении возникает при усложнении топологии сети и росте числа ее узлов, если в сети появляются избыточные пути (при поддержке протокола IEEE 802.1 Spanning Тгее), когда нужно решать задачу максимально эффективной и быстрой доставки отправленного пакета по назначению. При этом существует два основных алгоритма определения наиболее выгодного пути и способа доставки данных: RIP и OSPF. При использовании протокола маршрутизации RIР, основным критерием выбора наиболее эффективного пути является минимальное число "хопов" (hops), т.е. сетевых устройств между узлами. Этот протокол минимально загружает процессор мартрутизатора и предепьно упрощает процесс конфигурирования, но он не рационально управляет трафиком.При использовании OSPF наилучший путь выбирается не только с точки зрения минимизации числа хопов, но и с учетом других критериев: производительности сети, задержки при передаче пакета и т.д. Сети большого размера, чувствительные к перегрузке трафика и базирующиеся на сложной маршрутизирующей аппаратуре, требуют использования протокола ОSРF. Реализации этого протокола возможна только на маршрутизаторах с достаточно мощным процессором, т.к. его реализация требует существенных процессинговых затрат.

Маршрутизация в сетях, как правило, осуществляться с применением пяти популярных сетевых протоколов – ТСР/IР, Nоvеll IРХ, АррlеТаlk II, DECnеt Phase IV и Хегох ХNS. Если маршрутизатору попадается пакет неизвестного формата, он начинает с ним работать как обучающийся мост. Кроме того, маршрутизатор обеспечивает более высокий уровень локализации трафика, чем мост, предоставляя возможность фильтрации широковещательных пакетов, а также пакетов с неизвестными адресами назначения, поскольку умеет обрабатывать адрес сети.

Современные маршрутизаторы обладают следующими свойствами:

    поддерживают коммутацию уровня 3, высокоскоростную маршрутизацию уровня 3 и коммутацию уровня 4;

    поддерживают передовые технологии передачи данных, такие как Fast Ethernet, Gigabit Ethernet и АТМ;

    поддерживают технологии АТМ с использованием скоростей до 622 Мбит/сек;

    поддерживают одновременно разные типы кабельных соединений (медные, оптические и их разновидности);

    поддерживают WAN-соединения включая поддержку PPP, Frame Relay, HSSI, SONET и др.;

    поддерживают технологию коммутации уровня 4 (Layer 4 Switching), использующую не только информация об адресах отправителя и получателя, но и информацию о типах приложений, с которыми работают пользователи сети;

    обеспечивают возможность использования механизма "сервис по запросу" (Quality of Service) - QoS, позволяющего назначать приоритеты тем или иным ресурсам в сети и обеспечивать передачу трафика в соответствии со схемой приоритетов;

    позволяют управлять шириной полосы пропускания для каждого типа трафика;

    поддерживают основные протоколы маршрутизации, такие как IP RIP1, IP RIP2, OSPF, BGP-4, IPX RIP/SAP, а также протоколы IGMP, DVMPR, PIM-DM, PIM-SM, RSVP;

    поддерживают несколько IP сетей одновременно;

    поддерживают протоколы SNMP, RMON и RMON 2, что дает возможность осуществлять управление работой устройств, их конфигурированием со станции сетевого управления, а также осуществлять сбор и последующий анализ статистики как о работе устройства в целом, так и его интерфейсных модулей;

    поддерживать как одноадресный (unicast), так и многоадресный (multicast) трафик;

На сегодняшний день самыми "продвинутыми" маршрутизаторами можно считать серию оборудования SmartSwitchRouter фирмы Cabletron Systems .

Развитие корпоративных сетей intranets, стремление сделать передаваемую в сетях информацию более привлекательной и удобной для восприятия, все расширяющиеся возможности глобальной сети Internet привели к значительному увеличению объемов сетевого трафика. Кроме того, расширение сети представительств многих компаний приводит к значительному сегментированию их сетей и необходимости, для конечных пользователей, доступа к удаленным серверам и массивам данных. В этих условиях нагрузка на маршрутизаторы ЛВС, работающие на уровне 3 модели OSI (сетевой уровень), значительно возросла. Для повышения производительности такого обмена данными многие компании-производители сетевого оборудования приступили к выпуску «интеллектуальных» коммутаторов ЛВС. Такой коммутатор ЛВС сочетает в себе производительность коммутаторов уровня 2 и «разумность» маршрутизаторов уровня 3.
В этом сегменте рынка наибольшее распространение получили устройства, реализующие одну из трех основных технологий.

Маршрутизирующие коммутаторы. Маршрутизирующий коммутатор ЛВС осуществляет поиск маршрута передачи пактов по стандартным алгоритмам маршрутизации уровня 3 с учетом протоколов и топологии сетей. После принятия решения о маршруте в дело вступают аппаратные интерфейсы уровня 2 для передачи-приема пакетов.

Коммутаторы потоков. Для таких устройств характерно обнаружение продолжительных потоков данных между двумя узлами в различных сегментах. Примерами таких потоков могут служить воспроизводимые медиа-файлы, WEB-страницы с большими объемами графики, обмен файлами с файл-серверами. После идентификации потока программным обеспечением уровня 3 между узлами устанавливается постоянное соединение аппаратными средствами уровня 2.

Коммутирующие маршрутизаторы. Пионером в этой области выступила компания CISCO, предложившая включать в пакет адресную информацию в виде идентификатора фиксированной длины – тега. Маршрутизаторы, входящие в состав ЛВС работают в режиме либо tag-router, отправляя информацию за пределы сегмента сети, либо в режиме tag-switch, принимая на основании тега решение о передаче информации внутри сегмента. Таким образом, в зависимости от тега адреса, маршрутизатор может выступать и как коммутатор ЛВС .

Коммутатор ЛВС используется, чтобы обеспечивать связь непосредственно внутри определенной локальной сети конкретной организации. Иногда вместо коммутаторов используют концентраторы при условии, что ЛВС небольшие с невысокой пропускной способностью либо в случае наличия ограниченного бюджета.

По сравнению с концентратором коммутатор ЛВС дороже, однако, более эффективен, а значит, и выгоден. Осуществляя выбор коммутатора, необходимо учесть определенные факторы, например:

  1. Наличие способности последующего расширения. Так, модульные устройства иногда снабжены слотами расширения, которые предоставляют возможность добавить новые модули.
  2. Тип, скорость и количество портов, а также интерфейсов.
  3. Система управления. В зависимости от выбранного коммутатора может либо предусматриваться система управления, либо отсутствовать. Преимуществом управляемого коммутатора является то, что администратор может включать или выключать порты, а также разрешать либо запрещать подключение компьютера или другого устройства.
  4. Стоимость. Данный фактор выделяет прямую зависимость между ценовой политикой и характеристиками устройства: тот коммутатор ЛВС стоит дороже, производительность которого лучше, а также обладающий целым набором функций.
Выбор оптимального коммутатора обеспечит наилучший результат!

ГЕННАДИЙ КАРПОВ

Это должен знать каждый,

или Четыре базовых принципа

выбора коммутатора ЛВС

Если вы планируете смонтировать у себя новую локальную вычислительную сеть (ЛВС) или модернизировать старую, то вам необходимо определиться с сетевой технологией, выбрать тип магистрали будущей сети, представить принцип построения серверной подсистемы и выбрать производителя сетевого оборудования.

Выбор типа сетевой технологии

Еще 5-6 лет назад этот вопрос стоял очень остро и мог стать судьбоносным для человека, принимающего решение по этому вопросу. Существовали конкурирующие решения: Ethernet, 100VG-AnyLAN, Token Ring, FDDI, АТМ. В периодических изданиях сторонники разных технологий «ломали копья», доказывая преимущества тех или иных решений. Сегодня жизнь все расставила по своим местам: в качестве основной сетевой технологии в рамках LAN остался только Ethernet. 100VG-AnyLAN прекратил свое существование, Token Ring повсеместно снимается с эксплуатации. FDDI и ATM в рамках ЛВС используются как специальные средства и не являются типичными сетевыми технологиями. Сейчас при выборе сетевой технологии вопрос стоит иначе: какой вариант реализации Ethernet-оборудования выбрать: на базе концентраторов или коммутаторов, или даже еще более «тонко»: использовать традиционные коммутаторы или коммутаторы, ориентированные на соединение. Однако не смотря на сужение выбора в сетевых технологиях, возможности 100VG-AnyLAN и Token Ring далее будут также проанализированы. Надо знать свою историю, ведь она всегда повторяется.

Для решения проблемы больших задержек в компьютерной сети обычно достаточно вместо концентраторов установить коммутаторы, подключив к каждому порту последнего по одному компьютеру. При этом на рабочих станциях не приходится вносить каких-либо изменений, а изменения в сетевой инфраструктуре минимальны. Надо только иметь в виду, что сегодня производительности даже коммутируемого соединения Ethernet 10Base-T или Token Ring (16 Мбит/с) недостаточно для многих приложений и во много раз уступает возможностям 100 Мегабитных каналов, доступных в сетях FDDI, 100BaseT, 100VG-AnyLAN, АТМ.

Переход на более скоростные технологии потребует внесения в сеть большего числа изменений, нежели установка коммутатора. В этом случае вам потребуется не только заменить концентратор, но и установить новые адаптеры и драйверы для них в каждый компьютер, возможна замена разъемов, кабеля, топологические ограничения, а это приведет к необходимости переложить кабель, поставить промежуточные преобразователи (конвертеры) и целой серии подобных проблем.

Можно подойти к модернизации ЛВС постепенно, растянув во времени процедуру модернизации рабочих станций. Для этого надо использовать технологию Ethernet 10/100Base-TX. В этом случае к скоростным магистралям для передачи основного трафика в первую очередь подключают коммутаторы рабочих групп и сервера, т.е. устройства, которым требуется высокая скорость, малые задержки или передача больших объемов информации. Перевод же рабочих станций на скоростные каналы осуществляется по мере необходимости.

Очень удобно применение двухскоростных адаптеров, т.к. режим автоматического определения скорости позволяет использовать такие адаптеры как в старых, так и в новых фрагментах сети, обеспечивает эффективность вложения средств, а также упрощает настройку и поддержку сети. Разница в цене между высокоскоростными (100Base-TX) и универсальными адаптерами (10/100) незначительна (обычно ее просто нет), а у коммутаторов она редко когда превышает 10%, что с учетом затрат на настройку и поддержку сети обеспечивает существенную экономию.

Вывод №1

В настоящее время нецелесообразно создавать ЛВС с применением низкоскоростных технологий и с последующим переводом их на высокоскоростные. В целом такой проект оказывается чуть ли не вдвое дороже. Гораздо целесообразнее применение оборудования, допускающего использование каналов с различной пропускной способностью в пределах одного шасси.

Выбор сетевой магистрали

Потребности в увеличении пропускной способности магистральных каналов связаны в основном с двумя явно просматривающимися тенденциями в архитектуре локальных вычислительных сетей: быстрым ростом производительности рабочих станций и централизацией данных вплоть до создания специализированных помещений – серверных комнат или центров.

Рост производительности средств вычислительной техники (в первую очередь дисковых подсистем, а не тактовой частоты ЦП персонального компьютера) на рабочих местах приводит к тому, что канал поступления информации в компьютер или сервер начинает становиться узким местом сетевого комплекса. Это просто результат неизбежности технического прогресса и бороться с этой тенденцией бесполезно.

Изъятие же локальных серверов из состава рабочих групп и централизация данных – технологический аспект проблемы, влияющий на выбор типа сетевой магистрали. При централизации данных существенно снижаются расходы на управление и поддержку, повышается надежность сети в целом, но в то же время это приводит к увеличению трафика между рабочими группами.

Наиболее развитыми технологиями построения магистральных каналов являются FDDI и АТМ. Они, в конце концов, разрабатывались специально для этого сектора сетевого рынка. Fast Ethernet и Gigabit Ethernet применяются для этих целей исторически, ну а 100VG-AnyLAN вообще для этого не приспособлен. До появления недорогих маршрутизаторов с портами 10/100Base-TX Ethernet слабо подходил для построения территориально распределенных магистралей, а сегодня это широко применяющееся на практике решение. Если исходить из соображений производительности, то наиболее целесообразно применение Gigabit Ethernet или АТМ, а если из соображений надежности – FDDI. Однако все эти технологии недешевы, особенно их реализация на single mode оптическом кабеле, а кроме того, при проектировании ЛВС масштабов здания очень часто можно организовать магистраль на объединяющей плате центрального модульного коммутатора – построить коллапсовую магистраль. В этом случае производительность магистрали будет выше и надежнее, чем варианты, основанные как на технологиях Gigabit Ethernet или АТМ, так и FDDI.

Понимание основных преимуществ той или иной сетевой технологии, ее назначения в индустрии вычислительных сетей обеспечивает возможность правильного выбора решения. Для удобства восприятия, резюме по основным сетевым технологиям приведено в таблице 1.

Вывод №2

Целесообразно, если это позволяют условия, использовать коллапсовую магистраль как самый скоростной и надежный вариант построения магистральных соединений.

Таблица 1. Сравнение высокоскоростных технологий

Технология

Преимущества

Недостатки

100Base-T Gigabit Ethernet

Эффективна для подключения серверов. Эффективна для подключения рабочих станций. Известные протоколы.

Широкая поддержка производителями.

Снижение производительности при большом числе устройств, при постоянных «перекачках» больших объемов информации с серверов на рабочие станции и обратно,

в случае больших нагрузок на сеть требует вдумчивого подхода к выбору производителя оборудования.

100VG-AnyLAN

Хорошо приспособлена для критичных

к задержкам приложений. Использует кабель категории 3 (4 пары).

Небогатый выбор устройств. Ограниченная диагностика. Малое число производителей.

FDDI

Хорошо известна и широко распространена. Доступность оборудования. Эффективная организация магистралей. Уникальная отказоустойчивость. Эффективное подключение серверных групп. Широкая поддержка производителями.

Высокая цена. Технология практически не развивается,

что заставляет задуматься о ее перспективах.

Масштабируемость. Поддержка разных типов трафика (голос, данные и т.д.).

Высокие цены. Необходимость обучения специалистов

по эксплуатации. Сложность настройки.

Как создать производительную серверную подсистему

Для серверов требуется обычно более производительный сетевой интерфейс по сравнению с рабочими станциями, поскольку они предназначены для одновременного обслуживания большого числа пользователей сети. Если производительности сервера будет недостаточно, сеть не сможет нормально функционировать. Если производительность сервера превосходит возможности сети, сервер будет часть времени простаивать. В этом случае на него можно возложить дополнительные функции.

В последнее время явно просматривается опережающий рост числа сетевых серверов как специфических сетевых программных продуктов по сравнению с набором аппаратных платформ для их реализации. Это и традиционный файловый сервис, и печать, и работа с базами данных, и электронная почта, и программные комплексы обеспечения безопасности и т. д. и т. п. В результате рост потребностей в производительности каналов связи, обслуживающих сервера, нередко опережает коммуникационные возможности сети.

Вывод №3

Целесообразно увеличивать количество серверов в сети. Нецелесообразно устанавливать специфические программные продукты на один сервер. Сервера к концентратору должны подключаться с применением самых скоростных технологий. Дисковые подсистемы серверов должны быть самыми производительными в сети. На объеме оперативной памяти для серверов экономить нельзя.

Коммутаторы с автоопределением скорости

Одним из основных вопросов при модернизации ЛВС является простота и надежность объединения привносимых высокоскоростных коммутаторов с ранее применявшимися низкоскоростными. При этом необходимо понимать, что заказчик ожидает существенного повышения производительности своей сети при переходе на высокоскоростные технологии сразу же после замены корневого коммутатора.

Однако, как правило, при выборе коммутатора руководствуются в основном финансовыми соображениями и почему-то не принимают во внимание особенностей двухскоростных сетей: наличие в каналах связи пакетов с разными скоростями требует их буферизации в коммутаторах. В результате память коммутатора начинает играть критически важную роль в обеспечении работоспособности сети. И это даже в ненагруженных сетях. Для эффективной и надежной неблокируемой коммутации размер буферов должен быть достаточно большим.

Коммутаторы стандарта 10Base-T, снабженные 100 Мегабитными Up-link, не обеспечивают требуемой при связи разноскоростных портов буферизации. Они лишь позволяют объединить между собой сегменты ЛВС, построенные на разных скоростях. Построить сбалансированную по производительности систему на базе подобных коммутаторов очень трудно. Об этой особенности коммутаторов необходимо помнить даже при проектировании высокоскоростной сети «с нуля», т.к. даже в этом случае очень часто приходится применять низкоскоростные устройства класса 10Base-T– print server.

О том, насколько серьезно объем буферной памяти влияет на производительность применяемого коммутатора, а следовательно, и на производительность ЛВС, можно почерпнуть из приведенной ниже таблицы 2, демонстрирующей самые популярные на конец 1990-х – начало 2000-го года коммутаторы (причем сравнение приведено для коммутаторов одного класса).

Таблица 2. Сравнительная оценка производительности коммутаторов среднего класса (класса рабочей группы)

Cabletron
ELS100-24TXM

3Com
SuperStack-II-3300

Bay Networks
BayStack 350T-HD

Cisco
Catalyst 2924 XL

Intel
Express 510T

10/100 Base-TX Ports

Average Buffering/Port

512Kb

128Kb

128Kb

170Kb

171Kb

Switch Bandwidth

4.2Gbps

Unknown

1.2Gbps

3.2Gbps

6.3Gbps

Forwarding Rate

3.6Mpps

1.47Mpps

1.6Mpps

3.0Mpps

Unknown

Вывод №4

Если речь идет не о простой офисной сети, необходимо применение коммутаторов, в конструкции которых заложена возможность работы с разными скоростями, а также имеющих большие объемы оперативной памяти для организации внутренних буферов.

И наконец, то, о чем почти все всегда забывают

Когда все уже продумано, заказано и внедрено в эксплуатацию, часто оказывается, что заказчик не доволен производительностью сети. Обычно это бывает в двух типах сетей:

  1. Сеть из нескольких машин, собранная на одном коммутаторе.
  2. Большая разветвленная сеть с централизованной серверной подсистемой, собранной на одном коммутаторе.

В первом случае сеть в своем составе имеет обычно один сервер. В данной ситуации, действительно, замена концентратора на коммутатор практически не дает выигрыша в производительности сети по той причине, что все клиенты все равно замыкаются на одну связь – один порт сетевой карты на сервере, который в данном случае выступает в роли «бутылочного горлышка». В подобной топологии разделения потоков информации не происходит. Если в таких сетях нет трафика между компьютерами, как в обычной одноранговой сети, то применение коммутатора с технической точки зрения не оправдано.

Во втором случае заказчик нередко наблюдает совсем другую ситуацию: центральный коммутатор явно не справляется с потоками информации, т.к. до модернизации (обычно в этом случае локальные сервера были рассредоточены по рабочим группам) приложения на клиентских машинах работали быстрее. Причина подобного в схемотехническом решении коммутатора. Обычно коммутатор рабочей группы имеет один центральный процессор. В этом случае он в состоянии закоммутировать между собой в каждый момент времени только 2 порта, если количество процессоров равно 2-м, то 2 или 4 порта и т. д. Ну и в пределе (для 24-х портового коммутатора), если количество процессоров равно 24-м, то коммутатор в состоянии одновременно поддерживать соединение по схеме «12 на 12». К сожалению, информацию о количестве центральных процессоров в конкретных реализациях коммутаторов найти очень трудно. Вычислить их количество, используя такие характеристики как Switch Bandwidth или Bus Capacity, точно нельзя, но оценить в принципе можно. С другой стороны, эта задача практически не связана с конкретными моделями конкретных производителей. Каждый производитель позиционирует свое оборудование для конкретного сегмента рынка ЛВС. Количество процессоров и объем буфера – это те характеристики, которые как раз и определяют тактико-технические данные производимого им оборудования, сегмент потенциального рынка, на который он (производитель) может претендовать.

Главный вывод

Доверьте модернизацию вашей сети профессионалам или не жалейте средств на обучение собственных специалистов, пусть они лучше экспериментируют на лабораторных работах в учебном центре, а не с вашими деньгами.