Технологии локальной вычислительной сетью

stify">Стандарт Gigabit Ethernet (GE) появился в подходящее время. Поскольку коммутирующие устройства для сетей Ethernet с пропускной способностью 10 и 100 Мбит/с уже получили достаточно широкое распространение, стандарт Ethernet на 1 Гбит/с можно считать следующим, вполне своевременным шагом. Однако Gigabit Ethernet не является простым расширением хорошо знакомого стандарта Ethernet.  Хотя GE-устройства должны легко встраиваться в существующие сети и быть простыми в использовании и управлении, они также должны выдерживать большие нагрузки, а следовательно, иметь повышенную надежность.

Ниже кратко описаны типы продуктов для Gigabit Ethernet, которые появятся на рынке к середине 1997 г., и те особенности, на которые пользователям следует обратить внимание при оценке таких продуктов.Для передачи данных с гигабитными скоростями будут выпущены продукты пяти типов: сетевой адаптер (network interface card - NIC) Gigabit Ethernet, соединяющие Ethernet-сегменты со скоростями 100 Мбит/с и 1 Гбит/с, полностью гигабитные коммутаторы и ретрансляторы, а также маршрутизаторы, способные на такое быстродействие.

При модернизации серверов и рабочих станций для перехода на гигабитные скорости от пользователей потребуется тщательный выбор сетевого адаптера. При скорости 1 Гбит/с ЦП не сможет поддерживать пропускную способность сети, если NIC не обладает интеллектуальными функциями взаимодействия с хост-машиной. Это относится также и к GE-интерфейсам маршрутизаторов и коммутаторов меньшей мощности.

Традиционно производительность рабочей станции зависит от архитектуры ее шины и памяти, а также от рабочей частоты ЦП. Компьютеры с 32-разрядной шиной PCI могут передавать пакетный трафик со скоростью 1 Гбит/с, тогда как 64-разрядная шина PCI обеспечивает вдвое большую пропускную способность (2 Гбит/с).

Таким образом, повышение скорости работы шины является основным фактором готовности к переходу на гигабитные скорости. Однако при такой скорости ЦП системы может легко израсходовать все 100% ресурсов на организацию передачи данных между приложениями и сетью, а на выполнение самих приложений или других задач операционной системы вычислительной мощности не останется.  Стандарт Gigabit Ethernet требует использования адаптеров третьего поколения со встроенными RISC-процессорами, выполняющими интеллектуальные функции выгрузки, присущие конкретному хосту.

Поступающие данные направляются непосредственно из сети в области памяти сервера, которые сразу же становятся доступными для приложений. Это исключает многократные прерывания в процессе копирования пакетов.

Такие сетевые адаптеры могут вызывать единственное прерывание ЦП для многих пакетов данных. Тем самым радикально изменяется отношение числа пакетов к числу прерываний и решаются проблемы масштабируемости, присущие более старым конструкциям. Это позволяет повысить не только пропускную способность, но и эффективность работы приложений за счет высвобождения ресурсов ЦП. Кроме того, для таких адаптеров отношение числа пакетов к числу прерываний может быть задано пользователем или установлено автоматически. Это позволяет реализовать «адаптивные» прерывания, частота которых может меняться в зависимости от загрузки сети. Интеллектуальные адаптеры Gigabit Ethernet будут оценивать загрузку сети, чтобы определить, какой метод и когда использовать.

Самые первые коммутирующие продукты распределятся по двум очевидным направлениям: некоторые из них будут просто предоставлять GE-порты, другие - обрабатывать интенсивный трафик внутренними средствами.

Другими словами, часть продуктов будет просто объединять несколько портов Fast Ethernet в единый интерфейс Gigabit Ethernet и, следовательно, потребует пропускной способности всего в несколько сотен Мбит/c. К ним, в основном, будут относиться модернизированные продукты Fast Ehternet, и их разумнее всего разворачивать на периферии гигабитного ядра. Другие коммутирующие продукты будут предназначены для поддержки гигабитной пропускной способности нескольких портов.

Роль коммутатора Gigabit Ethernet существенно отличается от роли подобных коммутаторов на 10 или 100 Мбит/с. Когда по магистрали локальной сети устремляются гигабитные потоки трафика, состоящего из смеси данных, графики, голоса и видео, магистральные коммутаторы должны обладать высоким уровнем функциональности. Управление трафиком, контроль перегрузок и обеспечение качества сервиса (quality-of-service - QoS), которые до недавнего времени были уделом АТМ, теперь становятся заботой Gigabit Ethernet.

В некоторых GE-коммутаторах полоса пропускания будет распеределяться по очень простому алгоритму, за счет чего резко снизится стоимость так называемых «толстых» каналов и появится возможность реорганизовать сети с небольшими затратами, чтобы удовлетворить большую часть требований со стороны трафика. В других устройствах будут реализованы возможности улучшения QoS и сокращения объема широковещательной передачи на основе предложенных стандартов Real-time Transfer Protocol и Resource Reservation Protocol .

Перед внедрением GE-коммутаторов потребуется провести их дополнительное тестирование, в результате которого должны быть получены гарантии, что они совместимы с имеющимся оборудованием третьего уровня и позволяют обеспечить простоту конфигурирования и управляемость сети. Выбор более простого подхода к обеспечению широкополосности может стать тактическим ходом. Однако со временем коммутаторы Gigabit

Ethernet должны объединить в себе технологии управления трафиком на основе стандартов и коммутацию транспортного уровня, чтобы получить возможность соответствовать требованиям, предъявляемым к большим сетям.

Разница между коммутаторами Gigabit Ethernet транспортного уровня с функциями QoS и АТМ-коммутаторами (а также между самими гигабитными коммутаторами) будет достаточно значительной. Пользователям придется выбирать, оснастить ли каждый узел сети возможностью интеллектуальной обработки трафика и процессором высокой производительности или спроектировать эту сеть так, чтобы решить большую часть проблем только за счет увеличения пропускной способности.

Поэтому для модернизации сети до уровня Gigabit Ethernet, несложной с точки зрения использования имеющихся систем Ethernet, требуется тщательный учет различных аспектов.

 

3.10 Gigabit Ethernet на UTP

На январском совещании рабочей группы было решено запросить разрешение на начало нового проекта, нацеленного на передачу сигналов с гигабитными скоростями по неэкранированной витой паре (unshielded twisted pair - UTP). В качестве среды передачи данных предложено использовать кабель пятой категории на неэкранированной витой паре (ISO 11801), по которому можно передавать данные на расстояния до 100 м.

Неэкранированный кабель пятой категории, содержащий четыре пары проводов, является наиболее распространенным типом кабельной проводки -примерно в половине установленных локальных сетей применяется именно он. Предполагается, что для передачи данных со скоростью 1000 Мбит/с по кабелю, рассчитанному на работу при частотах не выше 100 МГц, будут использованы последние достижения полупроводниковой технологии и цифровой обработки сигнала; это необходимо для кодировки сигнала и балансировки линии.

 

3.11 Проблемы Gigabit Ethernet.

Вы наверняка наслышаны о следующем поколении Ethernet, технологии Gigabit Ethernet, обещающей сверхвысокую производительность для корпоративных сетей. Возможно, вы также в курсе, что сети Gigabit Ethernet появятся очень скоро, и все будут использовать только их, что поможет решить большинство ваших основных проблем с сетями.

По всей видимости, многие производители хотят, чтобы картина была именно такой. Но на самом деле технология Gigabit Ethernet не появится в ближайшее время. Информация об уже существующих готовых продуктах воспринимается весьма скептически. Да и круг проблем, которые технологии предстоит решить, весьма ограничен, по крайней мере в этом десятилетии.

Некоторые производители в своих рекламных проспектах и пресс-релизах уверяют, что пользоваться этой технологией будет легче легкого, так как она представляет собой тот же Ethernet, хотя и значительно более мощный. Однако, работая в условиях напряженной загрузки сетей будущего, Gigabit Ethernet должен значительно превосходить по своим функциональным возможностям традиционный Ethernet. Простого количественного роста недостаточно. Gigabit Ethernet, например, придется работать с чувствительным к задержкам информационным потоком, да и вообще с такими типами трафика, которые сейчас трудно себе представить.

Когда же на самом деле мы получим технологию Gigabit Ethernet? Первые, я подчеркиваю, первые стандарты могут появиться не раньше 1998 года. Но сейчас мы даже не знаем, какие правила передачи данных тогда будут действовать. Мы не знаем также, какие ограничения на расстояния будут актуальны к тому времени. К тому же в последний раз, когда я интересовалась этим вопросом, общепринятые стандарты на кабельную проводку для локальных сетей не предусматривали передачи данных со скоростью большей, чем 100 Мбит/с.

Даже если первые технологические стандарты появятся к 1998 году, пройдет еще много времени, прежде чем будет выработан полный комплект стандартов. Уже более 80 придирчивых компаний состоит на данный момент в сообществе Gigabit Ethernet Alliance. Можете себе представить, как быстро им удастся прийти к какому-либо решению.

Предсказания быстрого распространения технологий совершенно голословны. В одном заявлении, взятом на вооружение энтузиастами всего нового, говорится, что 80% сетевых администраторов планирует перейти на Gigabit Ethernet. Звучит впечатляюще, но надо заметить, что опрос проводился среди 40 крупнейших компаний (остальные опрашиваемые представляли сетевых интеграторов). Опыт мне подсказывает, что лидирующие компании поддержат любое начинание. Это вовсе не означает, что технология действительно лучше, чем другие. Это не означает также, что компания собирается заниматься данной технологией.

Какие же проблемы может решить Gigabit Ethernet? Вероятно, если возникнет необходимость объединить несколько коммутаторов Fast Ethernet, эта технология будет как нельзя кстати. Однако сложные проблемы, с которыми многим организациям предстоит встретиться в ближайшие пять лет, выходят далеко за рамки обеспечения более широких каналов при объединении коммутаторов Fast Ethernet. В таких новых областях, как корпоративные сети, а также видео- и голосовые локальные сети, необходимо наличие системы, умеющей обращаться с множеством типов и непредсказуемыми моделями трафика.

Уже сегодня существует технология ATM (Asynchronous Transfer Mode - режим асинхронной передачи данных), способная решить подобные проблемы. Зачем же ждать, пока устаревающий Ethernet будет пересмотрен, переработан и переименован?

Конечно, Gigabit Ethernet сыграет важную роль в объединении коммутаторов Fast Ethernet, но он никогда не сможет привлечь внимание тех сетевых администраторов, которые хотят найти решение основных проблем управления магистральной сети корпорации.

Некоторые изъяны инфраструктуры могут оказать пагубное влияние на производительность. Перегрузки способны вызвать значительные проблемы, так как некоторые серверы, сетевые платы, шины и другие сетевые компоненты могут не справляться с гигабитными скоростями, что приведет к досадным заторам в сети.

Недостаточная емкость памяти и кэша может также иметь негативный эффект. Например, системы, у которых емкость кэша меньше 1 Мбайт, особенно подвержены перегрузкам.

Другой фактор - блокирующая или неблокирующая архитектура. Очевидно, неблокирующая архитектура имеет преимущества в области производительности, так как она позволяет избежать потери пакетов. Кроме того, неблокирующая архитектура предпочтительнее при больших объемах трафика.

Близкий вопрос - полнодуплексная или полудуплексная система. Большинство коммутаторов Gigabit Ethernet работают в полнодуплексном режиме, и, хотя у двунаправленного канала есть свои преимущества, полнодуплексная передача способна переполнить сеть. Главное, чтобы коммутаторы имели достаточно внутренней емкости для обслуживания трафика.

Управление потоками имеет решающее значение для предотвращения хаоса в сети. С помощью протокола 802.3х принимающие устройства могут "попросить" передающую станцию приостановить передачу, пока буфер коммутатора не освободится для приема следующих данных. Эта схема пригодна для полнодуплексных каналов Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Но некоторые все же полагают, что этот подход недостаточно эффективен, так как в результате перегрузка перемещается из одной части сети в другую.

Gigabit Ethernet имеет относительно примитивные функции QoS, в частности, по сравнению с аналогичными функциями ATM. Несмотря на то что схемы, подобные RSVP и RTP, рассматриваются некоторыми специалистами как эффективные механизмы для обеспечения качества услуг в Gigabit Ethernet, они, скорее всего, не в состоянии гарантировать достаточную производительность для таких приложений, как видео и мультимедиа, в особенности с их усложнением в будущем.

Черновой стандарт IEEE 802.1q описывает теги для трафика в виртуальных локальных сетях (Virtual LAN, VLAN), а 802.1p - идентификаторы приоритета, с помощью которых коммутаторы могут передавать запросы конечных станций о получении приоритета для их трафика вдоль пути передачи данных.

Что касается производителей, их мнения относительно того, когда качество услуг будет все же реализовано, как правило, расходятся. "Мы станем поддерживать RSVP, когда стандарт будет окончательно готов", - говорит Рэнди Каук, системный инженер в Foundry Networks. Однако другие производители уже включают поддержку RSVP в свои продукты.

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Технология Token Ring

 

Сети стандарта Token Ring, также как и сети Ethernet, используют разделяемую среду передачи данных, которая состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему используется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциями права на использование кольца в определенном порядке. Право на использование кольца передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном.

Стандарт Token Ring был принят комитетом 802.5 в 1985 году. В это же время компания IBM приняла стандарт Token Ring в качестве своей основной сетевой технологии. В настоящее время именно компания IBM является основным законодателем моды технологии Token Ring, производя около 60% сетевых адаптеров этой технологии.