Рис. 1.2.Структура локальной сети Глобальная сеть, объединяющая отдельные локальные сети, разбросанные по большой территории, также имеет, как правило, иерархическую структуру с высокоскоростной магистралью (например, АТМ), более медленными периферийными сетями (например, framerelay) и каналами доступа локальных сетей к глобальным. Эти составляющие глобальной сети представлены на рисунке 1.3.
[pic]
Рис. 1.3. Структура глобальной сети При создании и модернизации транспортной системы стратегически значимыми сегодня являются в первую очередь следующие проблемы.
1.2.1. Создание транспортной инфраструктуры с масштабируемой производительностью для сложных локальных сетей
Сегодня все чаще и чаще возникают повышенные требование к пропускной способности каналов между клиентами сети и серверами. Это происходит по разным причинам: из-за повышения производительности клиентских компьютеров, увеличения числа пользователей в сети, появления приложений, работающих с мультимедийной информацией, которая хранится в файлах очень больших размеров, увеличением числа сервисов, работающих в реальном масштабе времени. Особенно резко возросла нагрузка на серверы, которые публикуют корпоративные данные в Internet. Хотя такой трафик большую часть пути между сервером и клиентом проходит по глобальным каналам Internet, последний отрезок пути приходится на сегменты локальной сети предприятия, которые должны справляться с такой повышенной нагрузкой. Требования к пропускной способности каналов связи к тому же очень неоднородны для различных сегментов и подсетей крупной локальной сети. Так как очень маловероятно, что все клиенты с одинаковой интенсивностью обмениваются данными со всеми серверами предприятия и внешними серверами, то часть сегментов загружена больше, а часть - меньше (рис. 1.4).
[pic] Рис. 1.4. Интенсивности потоков данных в разных сегментах локальной сети Следовательно, имеется потребность в экономичном решении, предоставляющем сегментам и подсетям ту пропускную способность, которая им требуется. Тем не менее, 10-Мегабитный Ethernet устраивал большинство пользователей на протяжении около 15 лет. Это объясняется тем, что пропускная способность в 10 Мб/с с большим запасом перекрывала потребности клиентских и серверных компьютеров сетей тех лет. До появления персональных компьютеров в локальную сеть объединялись миникомпьютеры, которых на предприятиях было не так уж и много, поэтому подсети включали по 5 - 20 компьютеров. Трафик состоял в основном из алфавитно-цифровых данных, интенсивность которых обычно не превышала нескольких десятков Кбайт в секунду для одного компьютера. Персональные компьютеры, массово появившиеся в середине 80-х, были весьма маломощными, с медленными дисками, и также не создавали проблем для 10-Мегабитных каналов. Большая избыточность 10-Мегабитных каналов также не очень беспокоила специалистов, так как технология Ethernet была достаточно дешевой, коммуникационное оборудование сети состояло из одного-двух маршрутизаторов, коаксиального кабеля и сетевых адаптеров, стоимость которых была весьма небольшой по сравнению со стоимостью компьютеров, в которые они устанавливались. Однако в начале 90-х годов начала ощущаться недостаточная пропускная способность каналов Ethernet. Для компьютеров на процессорах Intel 80286 или 80386 с шинами ISA (8 Мбайт/с) или EISA (32 Мбайт/с) пропускная способность сегмента Ethernet составляла 1/8 или 1/32 канала "память - диск", и это хорошо согласовывалось с соотношением объемов локальных данных и внешних данных для компьютера. Теперь же у мощных клиентских станций с процессами Pentium или PentiumPRO и шиной PCI (133 Мбайт/с) эта доля упала до 1/133, что явно недостаточно. Еще больший недостаток в пропускной способности стали ощущать серверы, как на основе RISC-, так и на основе Intel-процессоров. Основным решением в этой области стало использование нескольких сетевых адаптеров, работающих на разные подсети. В начале 90-х годов наметились сдвиги и в характере передаваемой по сети информации. Наряду с алфавитно-цифровыми данными появились графические, звуковые и видеоданные, хранящиеся в многомегабайтных файлах. Это еще больше усугубило ситуацию, так как теперь даже несколько персональных компьютеров, работающих с мультимедийной информацией, могли перегрузить 10- Мегабитный сегмент сети. Поэтому многие сегменты 10 Мегабитного Ethernet'а стали перегруженными, реакция серверов в них значительно упала, а частота возникновения коллизий существенно возросла, еще более снижая номинальную пропускную способность. Самое простое решение - повышение битовой скорости единственного протокола, работающего во всех сегментах сети, как происходило ранее с сетями на основе Ethernet - не является уже рациональным для скоростей больших чем 30 - 40 Мб/с. Это стало ясно после разработки и применения первого высокоскоростного протокола локальных сетей - протокола FDDI, работающего на битовой скорости 100 Мб/с. Стоимость сегментов FDDI оказалась для этого слишком высокой, поэтому протокол FDDI стал применяться в основном только для построения магистралей крупных локальных сетей и подключения централизованных серверов предприятия. Для связи сегментов Ethernet с сегментами FDDI потребовалось применение маршрутизаторов или транслирующих коммутаторов. Такая схема построения локальной сети, когда в ней существует несколько сегментов (в случае применения коммутаторов) или подсетей (в случае применения маршрутизаторов или умеющих маршрутизировать коммутаторов), в каждом из которых применяется один из двух протоколов в зависимости от той пропускной способности, которая нужна компьютерам, работающих в этой части сети, является прообразом схемы, к которой сегодня стремятся производители сетевого оборудования и сетевые интеграторы. Более совершенная схема построения локальной сети должна опираться не на две доступные скорости, а на более дробную иерархическую линейку скоростей для компьютеров сети. Тогда можно будет более точно и с меньшими затратами учесть потребности каждой группы компьютеров, объединенных в сегмент, или даже каждого отдельного компьютера. Для согласования скоростей работы каналов между сегментами сети необходимо применять устройства, обрабатывающие трафик с буферизацией пакетов - коммутаторы или маршрутизаторы, но не концентраторы, которые организуют побитную передачу данных из сегмента в сегмент.
1.2.2.Предоставление индивидуального качества обслуживания для различных типов трафика и различных приложений в локальных сетях
Можно пойти и дальше в детализации требований к пропускной способности. В конце концов пропускная способность каналов связи нужна не компьютеру в целом, а отдельным приложениям, которые выполняются на этом компьютере. У файлового сервиса одни требования к пропускной способности, у электронной почты - другие, а у сервиса интерактивных видеоконференций - третьи. Особенно остро эти различия стали ощущаться с начала 90-х годов, когда наряду с традиционным файловым сервисом и сервисом печати в локальных сетях стали использоваться новые виды сервисов, порождающих трафик реального времени, очень чувствительного к задержкам. Типичным представителем такого сервиса является компьютерная телефония. Каждый телефонный разговор двух абонентов порождает в сети трафик, имеющий постоянную битовую скорость, чаще всего 64 Кб/с (рис.1.5), когда источник голосовой информации порождает поток байт с частотой 8 КГц. Более сложные методы кодирования могут уменьшить интенсивность голосового трафика до 9.6 Кб/с, и даже до 4 - 5 Кб/с. Независимо от способа кодирования и интенсивности трафика, качество воспроизводимого на приемном конце голоса очень зависит от задержек поступления байт, несущих замеры амплитуды голоса. Вся техника передачи голоса в цифровой форме основана на том, что замеры должны поступать на воспроизводящее устройство через те же интервалы, через которые они производились на приемном устройстве, которое преобразовывало голос в последовательность чисел. Задержка поступления очередного байта более чем на 10 мс может привести к появлениям эффекта эха, большие задержки могут исказить тембр голоса до неузнаваемости или привести к затруднениям в распознавании слов. Компьютерные сети - как локальные, так и глобальные - это сети с коммутацией пакетов, в которых задержки передачи пакетов трудно предсказать. В силу самого способа буферизации пакетов в промежуточных коммутаторах и маршрутизаторах задержки в компьютерных сетях имеют переменный характер, так как пульсирующий характер файлового сервиса, Web- сервиса и многих других популярных компьютерных сервисов создают постоянно меняющуюся загрузку коммутаторов и маршрутизаторов.
Рис. 1.5. Трафик, порождаемый в сети при передаче телефонного разговора Особенно большие проблемы создает интерактивный обмен голосовыми сообщениями, проще говоря - обычный разговор. При передаче голоса только в одну сторону, например, при воспроизведении заранее записанной музыки, на приемном конце можно поставить буфер, в котором будут накапливаться неравномерно поступающие замеры звука, которые с некоторой задержкой затем будут извлекаться из буфера строго с частотой 8 КГц (рис.1.6).
Рис. 1.6. Сглаживание неравномерности задержек, вносимых сетью Такой буфер обычно называется устройством эхоподавления и используется в протяженных цифровых телефонных сетях. При интерактивном обмене постоянные значительные задержки, вносимые буфером в разговор, становятся очень неудобными для собеседников - приходится долго ждать ответа, как при разговоре с космонавтами. Аналогичные требования к передаче своих данных предъявляет и трафик, переносящий видеоизображение. Трафик, требующий, чтобы его данные поступали к приемному узлу через строго определенные промежутки времени, называется синхронным в отличие от асинхронного трафика, мало чувствительного к задержкам его данных. Почти весь трафик традиционных сервисов компьютерных сетей является асинхронным - задержка передачи части файла даже на 200 мс будет мало заметна для пользователя. Как правило, асинхронный и синхронный виды трафика существенно отличаются и еще в одном важном отношении - чувствительности к потере пакетов. Асинхронный трафик очень чувствителен к таким потерям, так как потеря даже небольшой части файла делает всю операцию передачи файла по сети бессмысленной - файл или его потерянную часть обязательно нужно передавать заново. Потеря же одного замера голоса или одного кадра изображения не очень заметно сказывается на качестве воспроизводимого сигнала, так как инерционный характер физических процессов приводит к тому, что два последовательных замера не очень отличаются друг от друга, поэтому воспроизводящему устройству не составляет труда восстановить, хотя и приблизительно, потерянную информацию. Использование мультимедийной информации и интерактивных сервисов в компьютерных сетях создало сложную проблему совмещения двух очень разных по требованиям к характеру передачи пакетов через сеть типов данных. Сложности совмещения синхронного и асинхронного трафика в одной сети коммутации пакетов иллюстрирует рисунок 1.7.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42
