Создание транспортной инфраструктуры с масштабируемой производительностью для сложных локальных сетей

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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