Сравнение современных технологий передачи данных

Размещено на http://www.allbest.ru/

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Сравнение современных технологий передачи данных

Современные технологии передачи данных могут быть классифицированы по методам передачи данных. В общем случае, можно выделить три основных метода передачи данных:

коммутация каналов;

коммутация сообщений;

коммутация пакетов.

Все другие методы взаимодействия являются как бы их эволюционным развитием. Например, если представить технологии передачи данных в виде дерева, то ветвь коммутации пакетов разделится на коммутацию кадров и коммутацию ячеек. Напомним, что технология коммутации пакетов была разработана более 30 лет назад для снижения накладных расходов и повышения производительности существующих систем передачи данных. Первые технологии коммутации пакетов - X.25 и IP были спроектированы с учетом возможности работы с каналами связи плохого качества. При улучшении качества стало возможным использовать для передачи информации такой протокол, как HDLC, который нашел свое место в сетях Frame Relay. Стремление достичь большей производительности и технической гибкости послужило толчком разработки технологии SMDS, возможности которой затем были расширены стандартизацией ATM. Одним из параметров, по которому можно проводить сравнение технологий, является гарантия доставки информации. Так, технологии X.25 и ATM гарантируют надежную доставку пакетов (последняя с помощью протокола SSCOP), а Frame Relay и SMDS работают в режиме, когда доставка не гарантирована. Далее, технология может гарантировать, что данные будут поступать их получателю в последовательности отправления. В противном случае порядок должен восстанавливаться на принимающей стороне. Сети с коммутацией пакетов могут ориентироваться на предварительное установление соединения или просто передавать данные в сеть. В первом случае могут поддерживаться как постоянные, так и коммутируемые виртуальные соединения. Важными параметрами также являются наличие механизмов контроля потока данных, системы управления трафиком, механизмов обнаружения и предотвращения перегрузок и т. д. В табл.2.1 производится сравнение технологий по этим параметрам.

Таблица 2.1. Сравнение протоколов

Сравнение технологий можно также проводить по таким критериям, как эффективность схемы адресации или методов маршрутизации. Например, используемая адресация может быть ориентирована на географическое расположение (телефонный план нумерации), на использование в распределенных сетях или на аппаратное обеспечение. Так, протокол IP использует логический адрес, состоящий из 32бит, который присваивается сетям и подсетям. Схема адресации E.164 может служить примером схемы, ориентированной на географическое расположение, а MAC-адрес является примером аппаратного адреса. Технология X.25 использует номер логического канала (Logical Channel Number - LCN), акоммутируемое виртуальное соединение в этой технологии применяет схему адресации X.121. В технологии Frame Relay в один канал может «встраиваться» несколько виртуальных каналов, при этом отдельный виртуальный канал определяется идентификатором DLCI (Data-Link Connection Identifier). Этот идентификатор указывается в каждом передаваемом кадре. DLCI имеет только локальное значение; иначе говоря, у отправителя виртуальный канал может идентифицироваться одним номером, а у получателя - совсем другим. Коммутируемые виртуальные соединения в этой технологии опираются на схему нумерации E.164. В заголовки ячеек ATM заносятся уникальные идентификаторы VCIVPI, которые изменяются при прохождении ячеек через промежуточные коммутирующие системы. Коммутируемые виртуальные соединения в технологии ATM могут использовать схему адресации E.164 иди AESA. Маршрутизация пакетов в сети может выполняться статически или динамически и быть либо стандартизованным механизмом для определенной технологии, либо выступать в качестве технической основы. Примерами стандартизованных решений могут служить протоколы динамической маршрутизации OSPF или RIP для протокола IP. Применительно к технологии ATM Форум ATM определил протокол маршрутизации запросов на установление коммутируемых виртуальных соединений PNNI, отличительной особенностью которого является учет информации о качестве обслуживания. Таблицы2.2 и 2.3 содержат сравнительные характеристики технологий глобальных и локальных сетей.

Таблица 2.2. Сравнение технологий глобальных сетей

Помимо перечисленных, одним из наиболее важных критериев выбора технологии является эффективность передачи информации. Здесь можно проследить следующую зависимость - увеличение количества предоставляемых технологией сервисных возможностей чаще всего приводит к снижению эффективности. Для примера можно сравнить три основные технологии передачи данных - Frame Relay, ATM и SMDS. При сравнении предполагалось использование уровня адаптации AAL5 ATM (рис.).

Таблица 2.3. Сравнение технологий локальных сетей

Напомним, что технология Frame Relay поддерживает кадры переменной длины, и накладные расходы при этом составляют 5-7 байт на один кадр. Можно сказать, что Frame Relay наиболее эффективная технология с точки зрения вносимых накладных расходов на передачу. Однако она может не обеспечить приемлемое качество обслуживания, особенно в тех ситуациях, когда передаваемые кадры имеют большой размер. Наибольший (стандартизованный) размер кадра составляет 1600байт, хотя в саму технологию заложена поддержка кадров длиной до 8192байт. Эффективность Frame Relay достигает практически 100%. Технология ATM при использовании уровня адаптации AAL5 обеспечивает функциональность, схожую с Frame Relay, и гибче при смешивании трафика с большими пакетами данных с трафиком, чувствительным к задержкам. Уровень адаптации AAL5 поддерживает пакеты до 64Кбайт, чего не позволяют ни Frame Relay, ни SMDS. Однако при формировании ячеек к пакету добавляются восемь байт окончания и пять байт заголовка ячейки, что снижает эффективность ATM примерно на 17%. Так как пакеты переменной длины упаковываются в серию ячеек, эффективность снижается заметно, особенно в тех ситуациях, когда только несколько байт пакета попадают в последнюю ячейку.

В общем случае, эффективность передачи информации в сетях ATM для очень больших пакетов достигает 90%. Технология SMDS использует формат ячеек DQDB. При этом накладные расходы аналогичны AAL34. Пакеты в технологии SMDS могут иметь длину до 9188байт, что немногим больше, чем в технологии Frame Relay, а эффективность передачи ограничивается 80% для очень больших пакетов. В качестве итога данного раздела приведены четыре таблицы, в которых проводится сравнение технологий по различным критериям и показателям (табл.2.4, 2.5, 2.6 и 2.7).

Таблица 2.4. Сравнение технологий

Таблица 2.5. Сравнение технологий II

Таблица 2.6. Сравнение технологий III

Таблица 2.7. Сравнение технологий IV

Теперь, перечислив и сравнив основные технологии, которые может задействовать разработчик, давайте перейдем к базовым вопросам и методам, используемым при проектировании и разработке сети.

Требования к сети

Специалисты, занимающиеся разработкой вычислительных сетей, и сетевые администраторы всегда стремятся обеспечить выполнение трех основных требований, предъявляемых к сети, а именно:

масштабируемость;

производительность;

управляемость.

Хорошая масштабируемость необходима для того, чтобы без особых усилий можно было менять как число пользователей, работающих в сети, так и прикладное программное обеспечение. Высокая производительность сети требуется для нормальной работы большинства современных приложений. И, наконец, сеть должна быть достаточно легко управляемой, чтобы ее можно было перенастраивать для удовлетворения постоянно меняющихся потребностей организации. Эти требования отражают новый этап в развитии сетевых технологий - этап создания высокопроизводительных корпоративных сетей. Уникальность новых программных средств и технологий усложняет разработку корпоративных сетей. Централизованные ресурсы, новые классы программ, иные принципы их применения, изменение количественных и качественных характеристик информационного потока, увеличение числа одновременно работающих пользователей и повышение мощности вычислительных платформ - все эти факторы необходимо учитывать в их совокупности при разработке сети. Сейчас на рынке имеется большое количество технологических и архитектурных решений, и выбрать из них наиболее подходящее<197> достаточно сложная задача. В современных условиях для правильного проектирования сети, ее разработки и обслуживания специалисты должны учитывать следующие вопросы:

· Изменение организационной структуры. При реализации проекта не следует «разлучать» специалистов по программному обеспечению и сетевых специалистов. При разработке сетей и всей системы в целом нужна единая команда из специалистов разного профиля;

· Использование новых программных средств. Необходимо знакомиться с новым программным обеспечением еще на ранней стадии разработки сети для того, чтобы можно было своевременно внести необходимые коррективы в планирующиеся к использованию средства;

· Исследование различных решений. Необходимо оценивать различные архитектурные решения и их возможное влияние на работу будущей сети;

· Проверка сетей. Необходимо проводить тестирование всей сети или ее частей на ранних стадиях разработки. Для этого можно создать прототип сети, который позволит оценить правильность принятых решений. Так можно предупредить появление разного рода « узких мест» и определить применимость и примерную производительность разных архитектур;

· Выбор протоколов. Чтобы правильно выбрать конфигурацию сети, нужно оценить возможности различных протоколов. Важно определить, как сетевые операции, оптимизирующие работу одной программы или пакета программ, могут повлиять на производительность других;

· Выбор физического расположения. Выбирая место установки серверов, надо, прежде всего, определить местоположение пользователей. Возможно ли их перемещение? Будут ли их компьютеры подключены к одной подсети? Будут ли пользователи иметь доступ к глобальной сети?

· Вычисление критического времени. Необходимо определить время допустимой реакции каждого приложения и возможные периоды максимальной нагрузки. Важно понять, как нештатные ситуации могут повлиять на работоспособность сети, и определить, нужен ли резерв для организации непрерывной работы предприятия;

· Анализ вариантов. Важно проанализировать различные варианты использования программного обеспечения в сети. Централизованное хранение и обработка информации часто создают дополнительную нагрузку в центре сети, а распределенные вычисления могут потребовать усиления локальных сетей рабочих групп.

На сегодня нет готовой, отлаженной универсальной методики, следуя которой, можно автоматически провести весь комплекс мероприятий по разработке и созданию корпоративной сети. В первую очередь это связано с тем, что не существует двух абсолютно одинаковых организаций. В частности, каждая организация характеризуется уникальным стилем руководства, иерархией, культурой ведения дел. А если учесть, что сеть неизбежно отражает структуру организации, то можно смело сказать - двух одинаковых сетей не существует.

Архитектура сети

До того как начинать построение корпоративной сети, необходимо сначала определить ее архитектуру, функциональную и логическую организацию и учесть существующую телекоммуникационную инфраструктуру. Тщательно проработанная архитектура сети помогает оценить возможность применения новых технологий и прикладных программ, служит заделом для будущего роста, определяет выбор сетевых технологий, помогает избежать избыточных затрат, отражает связь сетевых компонентов, значительно снижает риск неправильной реализации и т.д. Архитектура сети закладывается в основу технического задания на создаваемую сеть. Следует отметить, что архитектура сети отличается от проекта сети тем, что она, например, не определяет точную принципиальную схему сети и не регламентирует размещение сетевых компонентов. Архитектура сети, например, определяет, будут ли некоторые части сети построены на базе Frame Relay, ATM, ISDN или других технологий. Сетевой проект должен содержать конкретные указания и оценки параметров, например, требуемое значение пропускной способности, реальную ширину полосы пропускания, точное расположение каналов связи и т.д. В архитектуре сети выделяют три аспекта, три логические составляющие: принципы построения, сетевые шаблоны и технические позиции. Принципы построения используются при планировании сети и принятии решений. Принципы - это набор простых инструкций, которые с достаточной степенью детализации описывают все вопросы построения и эксплуатации развертываемой сети в течение длительного периода времени. Как правило, в основе формирования принципов лежат корпоративные цели и базовые методы ведения бизнеса организации. Принципы обеспечивают первичную связь между корпоративной стратегией развития и сетевыми технологиями. Они служат для разработки технических позиций и сетевых шаблонов. При разработке технического задания на сеть принципы построения сетевой архитектуры излагаются в разделе, определяющем общие цели сети. Техническая позиция может рассматриваться в качестве целевого описания, определяющего выбор между конкурирующими альтернативными сетевыми технологиями. Техническая позиция уточняет параметры выбранной технологии и дает описание отдельно взятого устройства, метода, протокола, предоставляемого сервиса и т.д. Например, при выборе технологии локальной сети необходимо принимать во внимание скорость, стоимость, качество обслуживания и другие требования. Разработка технических позиций требует глубокого знания сетевых технологий и внимательного рассмотрения требований организации. Количество технических позиций определяется заданной степенью детализации, сложностью сети и масштабами организации. Архитектура сети может быть описана следующими техническими позициями:

· Сетевые транспортные протоколы. Какие транспортные протоколы должны использоваться для передачи информации?

· Маршрутизация в сети. Какой протокол маршрутизации должен использоваться между маршрутизаторами и коммутаторами ATM?

· Качество обслуживания. За счет чего будет достигаться возможность выбора качества сервиса?

· Адресация в сетях IP и домены адресации. Какая адресная схема должна использоваться для сети, включая зарегистрированные адреса, подсети, маски подсети, переадресацию и т.д.?

· Коммутация в локальных сетях. Какая стратегия коммутации должна быть использована в локальных сетях?

· Объединение коммутации и маршрутизации. Где и как должны использоваться коммутация и маршрутизация; как они должны объединяться?

· Организация городской сети. Каким образом должны связываться отделения предприятия, находящиеся, скажем, в одном городе?

· Организация глобальной сети. Каким образом отделения предприятия должны связываться по глобальной сети?

· Служба удаленного доступа. Как пользователи удаленных отделений получают доступ к сети предприятия?

Сетевые шаблоны - это набор моделей сетевых структур, отражающих связь между компонентами сети. Например, для определенной архитектуры сети создается набор шаблонов, чтобы «проявить» топологию сети крупного отделения или глобальной сети, или показать распределение протоколов по уровням. Сетевые шаблоны иллюстрируют сетевую инфраструктуру, которая описывается полным набором технических позиций. Более того, в хорошо продуманной сетевой архитектуре сетевые шаблоны по степени детализации могут максимально приближаться по своему содержанию к техническим позициям. По сути дела, сетевые шаблоны - это описание функциональной схемы участка сети, имеющего конкретные границы. Функциональная структура корпоративной сети имеет набор четко определенных компонентов (рис.). VPN (Virtual Private Network) на рис. означаетвиртуальные частные сети. Технология МРОА будет подробно рассмотрена в части III «Технология ATM».

Рис. Функциональная структура корпоративной сети

На основании представленной функциональной структуры корпоративной сети можно выделить следующие основные сетевые шаблоны: для глобальной сети, для городской сети, для центрального офиса, для крупного отделения организации, для отделения. Могут быть разработаны и другие шаблоны для участков сети, имеющих какие-либо особенности. Описываемый методологический подход основан на изучении конкретной ситуации, рассмотрении принципов построения корпоративной сети в их совокупности, анализе ее функциональной и логической структуры, выработке набора сетевых шаблонов и технических позиций. Ниже приводится более подробное описание данной методологии. Кратко описаны некоторые сетевые шаблоны, с целью проиллюстрировать их структуру. Различные реализации корпоративных сетей могут включать в свой состав те или иные компоненты. В общем случае корпоративная сеть состоит из различных отделений, объединенных сетями связи. Они могут быть глобальными (WAN) или городскими (MAN). Отделения могут быть крупными, средними и малыми. Крупное отделение может быть центром обработки и хранения информации. Выделяется центральный офис, из которого производится управление всей корпорацией. К малым отделениям можно отнести различные обслуживающие подразделения (склады, мастерские и т.д.). Малые отделения по сути являются удаленными. Стратегическое назначение удаленного отделения - разместить службы сбыта и технической поддержки поближе к потребителю. Связь с клиентами, которая в значительной мере влияет на доходы корпорации, будет более продуктивной, если все сотрудники получат возможность доступа к корпоративным данным в любой момент времени. На первом шаге построения корпоративной сети описывается предполагаемая функциональная структура. Определяется количественный состав и статус офисов и отделений. Обосновывается необходимость развертывания собственной частной сети связи или производится выбор провайдера услуг, который способен удовлетворить предъявляемые требования. Разработка функциональной структуры производится с учетом финансовых возможностей организации, перспективных планов развития, числа активных пользователей сети, работающих приложений, необходимого качества обслуживания. В основе разработки лежит функциональная структура самого предприятия. На втором шаге определяется логическая структура корпоративной сети. Вэтой книге рассматриваются технологии ATM, Frame Relay и Ethernet. Логические структуры отличаются друг от друга только выбором технологии для построения магистрали, которая является центральным звеном сети корпорации. В данном разделе анализируются логические структуры, построенные на базе коммутации ячеек и коммутации кадров. Выбор между этими двумя способами передачи информации осуществляется, исходя из необходимости предоставления гарантированного качества обслуживания. Могут быть использованы и другие критерии. Магистраль передачи данных должна удовлетворять двум основным требованиям.

1. Возможность подключения большого количества низкоскоростных рабочих станций к небольшому количеству мощных, высокоскоростных серверов.

2. Приемлемая скорость отклика на запросы клиентов.

Идеальная магистраль должна обладать высокой надежностью передачи данных и развитой системой управления. Под системой управления следует понимать, например, возможность конфигурирования магистрали с учетом всех местных особенностей и поддержку надежности на таком уровне, что, даже если некоторые части сети выйдут из строя, серверы остаются доступными. Перечисленные требования определят, вероятно, несколько технологий и окончательный выбор одной из них остается за самой организацией. Необходимо решить, что важнее всего<197> стоимость, скорость, масштабируемость или качество обслуживания. Логическая структура с коммутацией ячеек применяется в сетях с мультимедийным трафиком в реальном масштабе времени (проведение видеоконференций и качественная передача голоса). При этом важно трезво оценить, насколько необходима такая дорогостоящая сеть (с другой стороны, даже дорогие сети подчас не способны удовлетворить некоторые требования). Если это так, то необходимо брать за основу логическую структуру сети с коммутацией кадров. Логическую иерархию коммутации, объединяющую два уровня модели OSI, можно представить в виде трехуровневой схемы (рис.). Нижний уровень служит для объединения локальных сетей Ethernet, средний уровень представляет собой либо локальную сеть ATM, либо сеть MAN, либо магистральную сеть связи WAN. Верхний уровень данной иерархической структуры отвечает за маршрутизацию. Логическая структура позволяет выявить все возможные маршруты связи между отдельными участками корпоративной сети.

Рис. Логическая структура корпоративной сети

Магистраль на базе коммутации ячеек

При использовании для построения магистрали сети технологии коммутации ячеек объединение всех коммутаторов Ethernet уровня рабочих групп осуществляют высокопроизводительные коммутаторы ATM. Работая на втором уровне эталонной модели OSI, эти коммутаторы передают 53-байтовые ячейки фиксированной длины вместо кадров Ethernet переменной длины. Такая концепция построения сети подразумевает, что коммутатор Ethernet уровня рабочей группы должен иметь выходной порт ATM с функцией сегментации и сборки (SAR), который преобразовывает кадры Ethernet переменной длины в ячейки ATM фиксированной длины перед передачей информации на магистральный коммутатор ATM. Для глобальных сетей базовые коммутаторы ATM способны обеспечить связь отдаленных регионов. Также работая на втором уровне модели OSI, эти коммутаторы в сети WAN могут использовать каналы T1E1 (1.5442.0Мбитс), канал T3 (45Мбитс) или канал OC-3 технологии SONET (155Мбитс). Для обеспечения городской связи можно развернуть сеть MAN с использованием технологии ATM. Та же самая магистральная сеть ATM может использоваться для связи между собой телефонных станций. В будущем в рамках телефонной модели клиентсервер эти станции могут быть заменены голосовыми серверами в локальной сети. В этом случае возможность гарантирования качества обслуживания в сетях ATM становится очень важной при организации связи с клиентскими персональными компьютерами.

Маршрутизация

Как уже было отмечено, маршрутизация - это третий и самый высокий уровень в иерархической структуре сети. Маршрутизация, которая работает на третьем уровне эталонной модели OSI, используется для организации сеансов связи, к которым относятся:

· Сеансы связи между устройствами, расположенными в различных виртуальных сетях (при этом каждая сеть является обычно отдельной IP-подсетью);

· Сеансы связи, которые проходят через глобальныегородские сети.

Одна из стратегий построения корпоративной сети состоит в установке коммутаторов на нижних уровнях общей сети. Затем локальные сети связываются с помощью маршрутизаторов. Маршрутизаторы требуются для того, чтобы разделить IP-сеть большой организации на множество отдельных IP-подсетей. Это необходимо для предотвращения «широковещательного взрыва», связанного с работой таких протоколов, как ARP. Чтобы сдержать распространение нежелательного трафика по сети, все рабочие станции и серверы необходимо разбить на виртуальные сети. В этом случае маршрутизация управляет взаимодействием между устройствами, принадлежащими к различным виртуальным локальным сетям. Такая сеть состоит из маршрутизаторов или серверов маршрутизации (логическое ядро), магистрали сети на базе коммутаторов ATM и большого количества коммутаторов Ethernet, расположенных на периферии. За исключением особых случаев, например, использования видеосерверов, которые подключаются непосредственно к магистрали ATM, все рабочие места и серверы должны подключаться к коммутаторам Ethernet. Такое построение сети позволит локализовать внутренний трафик внутри рабочих групп и предотвратить перекачку такого трафика через магистральные коммутаторы ATM или маршрутизаторы. Объединение коммутаторов Ethernet осуществляют коммутаторы ATM, обычно расположенные в том же самом отделении. Следует отметить, что может потребоваться несколько коммутаторов ATM, чтобы обеспечить достаточное количество портов для подключения всех коммутаторов Ethernet. Как правило, в этом случае используется связь на 155Мбитс по многомодовому оптоволоконному кабелю. Маршрутизаторы располагаются в стороне от магистральных коммутаторов ATM, так как эти маршрутизаторы необходимо вынести за маршруты основных сеансов связи. Такое построение делает маршрутизацию необязательной. Это зависит от типа сеанса связи и от вида трафика в сети. Маршрутизации нужно стараться избегать при передаче видеоинформации в реальном времени, так как она может вносить нежелательные задержки. Маршрутизация не нужна для связи между устройствами, расположенными в одной виртуальной сети, даже если они находятся в различных зданиях на территории большого предприятия. Кроме того, даже в ситуации, когда маршрутизаторы требуются для проведения определенных сеансов связи, размещение маршрутизаторов в стороне от магистральных коммутаторов ATM позволяет минимизировать число переходов маршрутизации (под переходом маршрутизации понимается участок сети от пользователя до первого маршрутизатора или от одного маршрутизатора до другого). Это позволяет не только снизить задержку, но и уменьшить нагрузку на маршрутизаторы. Маршрутизация получила широкое распространение как технология связи локальных сетей в глобальной среде. Маршрутизаторы предоставляют разнообразные услуги, рассчитанные на многоуровневый контроль канала передачи. Сюда относятся общая схема адресации (на сетевом уровне), не зависящей от того, как формируются адреса предыдущего уровня, а также преобразование одного формата кадра контрольного уровня в другой. Маршрутизаторы принимают решения о том, куда направлять поступающие пакеты данных, исходя из содержащейся в них информации об адресах сетевого уровня. Эта информация извлекается, анализируется и сопоставляется с содержимым таблиц маршрутизации, что позволяет определить, в какой порт следует отправить тот или иной пакет. Затем из адреса сетевого уровня вычленяется адрес канального уровня, если пакет следует передать в сегмент такой сети, как Ethernet или Token Ring. Помимо обработки пакетов маршрутизаторы параллельно осуществляют обновление таблиц маршрутизации, которые используются для определения места назначения каждого пакета. Маршрутизаторы создают и ведут эти таблицы в динамическом режиме. В результате маршрутизаторы могут автоматически реагировать на изменение состояния сети, например, на возникновение перегрузки или повреждение каналов связи. Определение маршрута - это достаточно сложная задача. В корпоративной сети коммутаторы ATM должны функционировать примерно так же, как и маршрутизаторы: обмен информацией должен проходить с учетом топологии сети, доступных маршрутов и стоимости передачи. Коммутатору ATM эта информация крайне необходима, чтобы выбрать наилучший маршрут для конкретного сеанса связи, инициируемого конечными пользователями. К тому же, определение маршрута не ограничивается одним лишь принятием решения о пути, по которому пройдет логическое соединение после формирования запроса на его создание.

Коммутатор ATM может выбрать новые маршруты, если по каким-либо причинам каналы связи окажутся недоступными. При этом коммутаторы ATM должны обеспечивать надежность сети на уровне маршрутизаторов. Чтобы создать расширяемую сеть с высокой экономической эффективностью, необходимо перенести функции маршрутизации на периферию сети и обеспечить коммутацию трафика в ее магистрали. ATM является единственной сетевой технологией, которая способна сделать это. Смысл распределенной маршрутизации состоит в том, чтобы осуществлять маршрутизацию ближе к пользователям, на выходе из локальной сети.

Функции маршрутизации возлагаются на недорогие многоуровневые коммутаторы и устройства доступа, соединяющие локальные сети с магистралью ATM. На этом уровне трафик представляет собой гораздо более управляемый поток данных. Объем трафика, который требуется маршрутизировать, здесь составляет всего лишь десятки тысяч, а не десятки миллионов пакетов в секунду. При таком подходе маршрутизация оказывается значительно более простой задачей и может осуществляться с меньшими затратами. Сеть с распределенной маршрутизацией имеет практически неограниченные возможности для дальнейшего расширения. Каждый новый маршрутизатор, добавляемый к такой сети, одновременно с новыми рабочими станциями пропорционально увеличивает ее надежность и реализует более оптимальные маршруты передачи данных. Именно это свойство технологии ATM важно для построения крупных корпоративных сетей. При этом такая сеть чрезвычайно проста по своей структуре и не зависит от протокола.

Существуют различные способы и технологии распределения маршрутизации в рамках одной корпоративной сети. Это позволяет значительно упростить настройку и управление сетью. Так, например, технология фирмы RND Networks - Central Access Routing (маршрутизация с центральным доступом, CAR) - разработана для упрощения подключения к центральной сети удаленных отделений. Основой технологии является концентрация сложных функций маршрутизации в маршрутизаторах большой производительности, расположенных в центральном офисе предприятия. При этом в удаленных отделениях возможна установка достаточно простых в обслуживании и в настройке устройств (Router Access Node, узел доступа к маршрутизатору).

При такой схеме сети все решения по маршрутизации трафика выполняются центральным маршрутизатором, а с удаленных устройств эти функции сняты. Как следствие, облегчаются подключение и эксплуатация удаленных устройств. Все работы выполняются только в центральном офисе.

В технологии CAR вводится понятие региональных доменов маршрутизации (Regional Routing Domains - RRD). Каждый региональный домен может содержать один или более центральных маршрутизаторов и некоторое количество устройств в удаленных отделениях. Центральные маршрутизаторы региональных доменов могут связываться между собой, формируя таким образом распределенную сеть предприятия. При такой схеме устройства удаленных отделений передают свой трафик вне зависимости от получателя только центральному маршрутизатору своего регионального домена, который обеспечивает доставку.

Коммутация

Коммутация ATM в сетевой магистрали, в частности, предоставляет:

· Широкую полосу пропускания при относительно низкой стоимости;

· Задание качества обслуживания одновременно для всех потоков данных с эффективным распределением полосы пропускания и учетом приоритетов каждого потока;

· Минимальное время задержки для приложений реального времени;

· Рассылку групповых сообщений.

Маршрутизация, осуществляемая многоуровневыми коммутаторами и устройствами доступа, позволяет направить трафик по кратчайшему пути между двумя сегментами сети в обход ее центральных узлов. В результате получается сеть без промежуточных звеньев; каждый сегмент такой сети оказывается логически связанным с любым другим ее сегментом. Процесс маршрутизации подразумевает выбор оптимальных маршрутов и непосредственное управление пакетами. Эти две функциональные задачи могут быть разделены. Выбор маршрутов осуществляется небольшим числом мощных серверов маршрутизации, входящих в ядро сетевой магистрали. Ими могут быть существующие магистральные маршрутизаторы или коммутаторы ATM с соответствующим программным обеспечением. Эти серверы используют традиционные протоколы маршрутизации, например, OSPF или RIP. Вычисленные серверами маршруты передаются устройствам доступа, поддерживающим распределенную маршрутизацию при помощи усовершенствованного протокола NHRP (Next Hop Resolution Protocol, протокол разрешения (адреса) следующего перехода). Эти устройства и осуществляют непосредственное управление пакетами. Кроме того, устройства доступа анализируют первые пакеты каждого нового потока данных, чтобы определить, целесообразно ли в данном случае установление прямого маршрута. Во время этого анализа первые пакеты направляются адресату через маршрутизатор, используемый по умолчанию.

Такой подход уменьшает общую стоимость сети и позволяет сократить время задержки при передаче первых пакетов. Вторым альтернативным вариантом построения магистрали сети является технология коммутации FastGigabit Ethernet для локальной или городской сети и Frame Relay для глобальной сети. Эта логическая структура может быть применена для тех сетей, которые не требуют гарантированного качества обслуживания при передаче мультимедийного трафика в реальном времени. Логическую иерархию коммутации можно представить тремя уровнями. Нижний уровень служит для объединения периферийных сетей Ethernet, средний уровень представляет собой либо локальную сеть FastGigabit Ethernet, либо сеть MAN, либо магистральную сеть WAN на базе технологии Frame Relay. Верхний уровень иерархии отвечает за маршрутизацию. Магистральная сеть обеспечивается за счет связывания всех коммутаторов Ethernet мощными магистральными коммутаторами Ethernet. Работая на канальном уровне модели OSI, эти магистральные коммутаторы используют каналы типа точка-точка на скорости 100Мбитс (Fast Ethernet) или 1000Мбитс (Gigabit Ethernet) с поддержкой полнодуплексного режима передачи. Для организации глобального взаимодействия возможно использование коммутаторов Frame Relay. Также работая на канальном уровне модели OSI, они используют каналы T1E1 (1.544-2.0Мбитс) или каналы T3 (45Мбитс). Внекоторых случаях магистраль WAN можно организовать в виде связей точка-точка между маршрутизаторами (например, через каналы SDH). В этом случае передача между маршрутизаторами происходит в кадрах протокола PPP<$IPPP>. Таким образом для связи в пределах города может быть развернута сеть MAN на базе коммутации кадров.

Выделение маршрутов

Крайне важно уметь выделить основные маршруты, по которым будет протекать трафик в корпоративной сети (рис.). Это позволяет детализировать ее функциональную схему и применить математические методы оценки различных показателей, например, теорию очередей. Практическое использование этой теории рассматривается в последнем разделе этой главы. Проведение инструментальной оценки выбранных вариантов построения корпоративной сети вносит в наш методологический подход обратную связь: если вычисленные параметры не удовлетворяют разработчика сети или ее будущего пользователя, необходимо вновь вернуться к первичной стадии разработки и выбрать другие варианты построения. Следует отметить, что каждый из перечисленных ниже маршрутов описан достаточно расплывчато, и для проведения инструментальной оценки необходима его детализация.

Маршрут А связывает одни конечные станции с другими станциями или с серверами, расположенными в различных виртуальных локальных сетях. Этот маршрут пересекает несколько IP-подсетей.

Как следствие, необходимо использование маршрутизации. В классической реализации трафик должен пройти через маршрутизатор, который собирает ячейки ATM в пакеты, выполняет маршрутизацию, а затем разбивает пакеты на ячейки для того, чтобы их повторно направить в сеть ATM.

В ближайшем будущем появится намного больше альтернативных стратегий, в которых маршрутизатор заменяется сервером маршрутизации, помогая коммутаторам ATM непосредственно установить связь между конечными станциями, не обращаясь к маршрутизатору. Эти стратегии основываются на новых стандартах, например, технологии MPOA. В будущем значительно снизится негативное влияние неэффективного выделения подсетей. Но до этого времени организации должны правильно формировать подсети и переопределять их по мере необходимости так, чтобы маршрут А использовался относительно редко (например, только для доступа к данным другого отделения).

Маршрут Б связывает конечные станции с серверами, расположенными в одной и той же виртуальной локальной сети, но не подключенными непосредственно к одному коммутатору Ethernet. Этот маршрут «захватит» коммутаторы Ethernet на обоих концах, а также один или несколько магистральных коммутаторов ATM, формирующих виртуальное соединение между коммутаторами Ethernet. Маршрут Б используется большинством конечных станций, взаимодействующих с серверами. На этом маршруте маршрутизация не применяется.

Маршрут В регламентирует связь типа точка-точка между конечными станциями, расположенными в одной и той же виртуальной локальной сети, но не связанными непосредственно одним коммутатором Ethernet. Этот маршрут начинается с канала связи между коммутатором Ethernet и конечной станцией и проходит через один или несколько магистральных коммутаторов ATM, создающих виртуальное соединение между коммутаторами Ethernet. Такой сеанс связи может использоваться, например, для проведения видеоконференций или совместной работы с приложениями. Если два пользователя часто общаются по этому маршруту, вероятно, лучше их поместить в одну виртуальную локальную сеть. На этом маршруте маршрутизация не применяется.

Маршрут Г связывает конечные станции с другими станциями или серверами, непосредственно подключенными к одному коммутатору Ethernet. Такой маршрут захватывает только этот коммутатор Ethernet, а магистральные коммутаторы ATM и маршрутизация не задействуются.

Маршрут Д регламентирует связь точка-точка между конечными станциями, подключенными к одному коммутатору Ethernet. Маршрут захватывает только данный коммутатор Ethernet. Такой сеанс связи может использоваться для проведения видеоконференций или для совместной работы с приложениями. Магистральные коммутаторы ATM и маршрутизация не применяются.

Сетевые шаблоны

В следующих ниже разделах приведены сетевые шаблоны, наиболее часто используемые при проектировании сетей.

Сетевой шаблон глобальной сети

Глобальные сети (WAN) - это системы связи с широкополосными каналами, предназначенные для передачи данных и обеспечивающие связь между абонентами, разделенными друг от друга сотнями километров. Огромная протяженность сети отличает WAN от городских сетей, которые поддерживают связь на расстоянии до 100км. Глобальные сети WAN способны переносить цифровые данные, голос, данные локальных сетей, электронную почту, видео и т.д. Стек протоколов TCPIP широко используется и в глобальных сетях. Это означает, что сеть WAN должна эффективно обрабатывать трафик TCPIP. На рис. показана обобщенная функциональная схема глобальной сети. Главное требование при транспортировке данных - это способность гарантировать качество обслуживания (Quality of Service, QoS). QoS означает, что приложениям будут предоставлены ресурсы, необходимые для их приемлемой работы. При этом услуги глобальной сети должны быть доступными по стоимости, достаточно эффективными и надежными. Технологии, которые используются в глобальных сетях, отличаются от тех, что применяются в локальных и городских сетях. В частности, эти сети отличаются по скорости. Локальные сети используют скорости до тысяч мегабит, городские сети работают на скоростях от сотен до тысяч мегабит. Сети WAN обычно намного медленнее. Другое различие обусловлено стоимостью обслуживания. Локальные сети, по существу, «свободны» в ценовой политике. Если требуется большая полоса пропускания, организация, затратив малые средства, может ее увеличить. Такое расширение практически не отразится на стоимости услуг. Напротив, сети WAN из-за жестких ограничений полосы пропускания не могут снизить стоимость услуг за счет привлечения новых пользователей. Наоборот, новые пользователи только причинят массу неудобств старым, заняв часть полосы пропускания. Расширение полосы глобальных сетей связано с большими затратами. Программное обеспечение сетей WAN и предоставляемые услуги должны быть направлены на оптимизацию использования полосы пропускания. Часто для этого применяются специальные средства. Иногда используется статическое мультиплексирование трафика таким образом, что сумма пиковых нагрузок превышает (на достаточно короткий интервал) доступную полосу пропускания сети WAN. Применяют также фильтрацию, чтобы малозначимый трафик не отнимал полосу пропускания у приоритетного.

Рис. Функциональная схема глобальной сети

В последние годы было разработано множество различных коммутируемых технологий для глобальных сетей. Все они так или иначе учитывают распространение Internet. От глобальных сетей сейчас требуется QoS и одновременное повышение скорости, и все это должно стоить дешевле, чем раньше. Для многих организаций это означает переход к коммутационному обслуживанию от провайдеров или к использованию Internet и отказ от построения собственной частной сети. Сегодня существует множество различных технологий и провайдеров связи. Корпоративные сети объединяют общедоступные и частные, закрытые сети. Частные сети хорошо подходят в ситуациях, когда большой объем данных передается между относительно небольшим числом абонентов. Общедоступные сети удобны для передачи низко динамичного трафика между большим числом абонентов. Другое важное преимущество сетей общего пользования- сокращение числа портов на коммутационной аппаратуре абонента. Частная сеть традиционно использовалась в больших корпорациях для связи между отдаленными офисами. Ключевое преимущество интеграции сетей состоит в объединении системы управления. Возникающие проблемы или перегрузки в сетях общего пользования не затрагивают частные сети. Использование и общественных, и частных сетей требует меньше оборудования, упрощает управление и сокращает затраты. Глобальные сети можно строить с использованием различных технологий. Сейчас обычно предлагают три технологии:

· ATM;

· Маршрутизация протокола IP;

· Frame Relay.

Для выбора технологии необходимо ответить на следующие вопросы:

· Обеспечивает ли технология адекватное качество обслуживания?

· Может ли она гарантировать качество обслуживания?

· Насколько расширяемой получится сеть?

· Допускается ли выбор топологии сети?

· Рентабельны ли услуги, предоставляемые сетью?

· Насколько будет эффективна система управления?

Ответы на эти вопросы определяют выбор. Но, в принципе, на разных участках сети могут использоваться разные технологии. Например, если отдельные участки требуют поддержки мультимедийного трафика в реальном времени или скорости в 45Мбитс, то в них устанавливают ATM. Если же участок сети требует диалоговой обработки запросов, что не допускает существенных задержек, то необходимо использовать Frame Relay, если такие услуги доступны в данной географической области (иначе придется прибегнуть к Internet). Так, большое предприятие может соединяться с сетью через ATM, в то время как филиалы связываются с той же самой сетью через Frame Relay. Компоненты шаблона глобальной сети включают устройства доступа к WAN. Эти устройства необходимы для связи участков сетей MAN или...