Общие вопросы выбора технологий
У сетевых администраторов, менеджеров по информационным технологиям и других отечественных специалистов, отвечающих за создание информационных систем, сложилась уверенность в том, что они достаточно четко могут определить области применения коммутаторов и маршрутизаторов. Однако не все так просто. И дальше мы увидим почему. Понятно, что маршрутизаторы необходимы для связи отдельных подсетей на третьем уровне, фильтрации широковещательного трафика, создания управляемых административных областей, защиты данных от доступа со стороны и решения других схожих задач.
Когда же технологии маршрутизации оказывается недостаточно? Это происходит в том случае, когда сети, построенные на маршрутизаторах, перерастают в своем развитии некий естественный предел, обусловленный функциональными возможностями маршрутизаторов. Как правило, такое «насыщение» возникает в результате широкого внедрения новых приложений. В таких ситуациях первой реакцией на жалобы пользователей, недовольных увеличением времени реакции сети, может быть внедрение высокоскоростных коммутаторов на границе локальной сети и магистрали ATM. Когда пользователи, находящиеся в разных подсетях, обмениваются данными между собой, весь этот трафик проходит через магистральные маршрутизаторы, что становится особенно критично при резком увеличении трафика. Даже при установке быстрых маршрутизаторов, способных обрабатывать до 500 000 пакетов в секунду, они все равно становятся узким местом применительно к трафику между подсетями.
Маршрутизаторы вносят задержку в силу самой своей природы — ведь они отвечают за разрешение адресов, определение оптимального маршрута и фильтрацию пакетов. В результате большое количество переходов в сети, которые трафик должен пройти для достижения получателя, приводит к значительному повышению суммарной задержки. При этом, так как пакеты обрабатываются множеством устройств и обрабатываются, вообще говоря, по-разному, общая задержка претерпевает непредсказуемые изменения и ни в коем случае не является детерминированной (предсказуемой) величиной, что неприемлемо для мультимедийных приложений.
Маршрутизаторы обычно принимают пакеты сетевого уровня от устройств, принадлежащих одной подсети, и передают их устройствам в других подсетях. Данная операция не предусматривает установление соединения и каждый пакет внутри потока данных обрабатывается маршрутизатором отдельно, независимо от других. Этот процесс повторяется на каждом маршрутизаторе в сети (рис. 17.1). Так как пакеты могут принадлежать к разным протоколам сетевого уровня, каждый маршрутизатор в сети должен поддерживать многопротокольный стек. Это обстоятельство не только приводит к появлению избыточности в оборудовании и программном обеспечении, но также усложняет управление сетью в целом, так как каждый маршрутизатор в сети должен независимо настраиваться, поддерживаться и управляться администратором (или независимыми администраторами, что еще более усложняет задачу).
В некоторых случаях для повышения производительности маршрутизаторы могут заменяться высокоскоростными коммутаторами ATM. Однако в этом случае теряются многие важнейшие достоинства маршрутизаторов. Таким образом возникает потребность в решении, которое бы обеспечивало интеграцию функций маршрутизаторов с функциями коммутаторов ATM, избавленное от возникновения различного рода узких мест и больших задержек трафика. Ясно, что такое решение должно объединять в себе достоинства технологии ATM с преимуществами существующих локальных сетей (например, Ethernet), сохраняя уже сделанные инвестиции в сетевое оборудование и инфраструктуру.
Казалось бы, что ниши, занимаемые каждым устройством, четко определены. Однако у администраторов могут возникнуть сомнения при выборе устройств, когда они видят, что в некоторых организациях маршрутизаторы используются для сегментации локальных сетей, а другие организации заменяют магистральные маршрутизаторы коммутаторами. И все это делается, якобы, с целью увеличения суммарной производительности сети с одновременным уменьшением ее стоимости.
Кроме того, некоторую путаницу вносят новые решения ведущих производителей сетевого оборудования, которые активно комбинируют в своих устройствах функциональные возможности коммутаторов и маршрутизаторов.
Тезис ведущих производителей «коммутировать по возможности, маршрутизировать по необходимости» призывает организации внедрять у себя коммутаторы повсеместно. Маршрутизаторам же этот тезис не оставил практически никаких шансов на их широкое применение в будущем.
В последнее время внедрение коммутаторов в сети носит лавинообразный характер. Администраторы совершенно справедливо обосновывают необходимость широкого развертывания коммутаторов следующими соображениями:
Высокая пропускная способность и низкая задержка. Коммутаторам, в общем случае, не требуется анализировать содержимое дейтаграмм, корректировать поле TTL (если речь идет о протоколе IP), пересчитывать контрольную сумму и т. д.
Низкая стоимость в расчете на один порт. Маршрутизаторы значительно более дорогие устройства по сравнению с коммутаторами. Их стоимость в расчете на один порт примерно в 6 раз больше.
Простота управления. Большинство коммутаторов начинают работать в сети сразу с момента их установки и не требуют дополнительных настроек. Маршрутизаторы же известны сложностью настройки, для проведения которой администратору вручную требуется правильно установить огромное количество параметров.
Исходя из вышесказанного, можно было бы сделать вывод, что коммутаторы предоставляют возможность увеличения пропускной способности сети и не требуют при этом чрезмерных усилий. Однако практика показывает, что не все так просто.
Так как коммутаторы «выросли» из мостов, они унаследовали многие негативные стороны последних. Основным недостатком является то, что при использовании исключительно коммутаторов, сеть получается «плоской». Главной проблемой таких сетей является влияние неконтролируемого широковещательного трафика на производительность.
Говоря о широковещании и связанных с ним проблемах, можно выделить два основных типа широковещательных пакетов. Это пакеты, запрашивающие статус сетевого устройства или его доступность в настоящий момент, и пакеты, которые объявляют об услугах, предоставляемых определенными устройствами. Примерами первых пакетов могут служить сообщения, генерируемые протоколом ARP, или запросы на разрешение NetBIOS-имени в сетях Microsoft. Примером второго типа пакетов могут служить сообщения протоколов маршрутизации RIP IP, OSPF, RIP/SAP IPX и т. д. В табл. 17.1 приведены общий перечень протоколов, вызывающих широковещательный трафик, и частота его появления.
Таблица 17.1. Перечень протоколов, вызывающих широковещательный трафик
Протокол
| Источник широковещания
| Цель широковещания
| Частота широковещания (по умолчанию)
|
Протокол объявления об услугах — Novell NetWare SAP (Service Advertising Protocol)
| Сервера Novell Netware/клиенты Novell Netware
| Информирование о предоставляемых услугах/обнаружение ближайшего сервера
| Один раз в минуту каждым сервером в сети/при старте клиента
|
Протокол маршрутизации RIP (Routing Information Protocol)
| Маршрутизаторы в сетях IP или IPX
| Информирование соседних маршрутизаторов об известных маршрутах в подсети
| Один раз в минуту каждым маршрутизатором в сети
|
Протокол определения физического адреса ARP (Address Resolution Protocol)
| Рабочие станции, работающие с протоколом IP
| Определение по известному IP-адресу получателя его физического адреса
| При взаимодействии клиентов с сервером или между собой
|
Протокол определения логического адреса (NetBIOS Name Query)
| Рабочие станции в сетях Microsoft
| Определение по известному имени получателя его логического адреса, например IP-адреса
| При взаимодействии клиентов с сервером или между собой
|
Широковещательный трафик может достигать значительного объема в больших сетях с сотнями устройств (300 и более). Увеличение широковещательного трафика снижает полезную пропускную способность сети, что отрицательно сказывается на работе приложений, критичных к задержкам.
В некоторых ситуациях может возникнуть так называемый «широковещательный шторм» — взрывной всплеск широковещания, который полностью занимает всю полосу пропускания сети. Кроме того, так как широковещательный трафик принимается всеми устройствами в сети (серверами, рабочими станциями и т. д.), то для его анализа, вообще говоря, требуется дополнительное процессорное время. Таким образом, при создании сети сколько-нибудь значительного размера необходимо предусмотреть ограничение области широковещания.
До некоторого времени при проектировании все следовали основному правилу, которое гласило, что 80 % сетевого трафика должно оставаться в рабочей группе, и только остающимся 20 % трафика разрешается циркулировать между группами. Однако с появлением новых приложений, особенно мультимедийных, в современных корпоративных сетях изменился характер трафика — теперь значительно большая его часть приходится на связь между рабочими группами. Наблюдается постепенный сдвиг в сторону поддержки связей типа точка-точка между любыми устройствами в сети, в том числе, принадлежащими различным рабочим группам.
Использование мультимедийных приложений и услуг, например, проведение аудио- и видеоконференций, привело к увеличению потребности в групповой передаче данных. Как следствие, все больше и больше данных переносится по магистрали сети, а не циркулирует в отдельных рабочих группах, построенных на базе коммутаторов и концентраторов. А это приводит к тому, что для взаимодействия отдельных подсетей требуется более широкое использование маршрутизаторов, чем когда-либо ранее.
Таким образом, знакомое всем правило 80/20 преобразуется в другое правило — 20/80, то есть 20 % трафика остается в рабочей группе, а 80 % трафика относится к взаимодействию групп между собой. Такое изменение, помимо приведенных выше соображений, обусловлено также бурным развитием корпоративных интрасетей.
Как видно, провозглашенный производителями тезис «коммутировать по возможности, маршрутизировать по необходимости» не является абсолютно безоговорочным — маршрутизация в современных сетях все еще требуется достаточно часто. И, как следствие, уже не является сюрпризом то, что производители разрабатывают альтернативные технологии, комбинирующие коммутацию и маршрутизацию. За счет использования этих новых технологий производители пытаются решить две основные проблемы:
Уменьшение показателя «стоимость/производительность». Производители очень хотели бы объединить все достоинства маршрутизаторов с высокой производительностью и низкой стоимостью коммутаторов;
Повышение масштабируемости в глобальных сетях. Еще одной причиной комбинирования коммутации и маршрутизации является попытка решить проблему, возникающую в сетях ATM и Frame Relay. В таких сетях все граничные маршрутизаторы находятся как бы на расстоянии одного перехода друг от друга — это происходит за счет формирования виртуальных каналов (в случае Frame Relay — DLCI, в случае ATM — VPI/VCI) между ними даже в сложной, смешанной топологии. Однако увеличение числа виртуальных каналов на втором уровне приводит к быстрому росту отношения числа определяемых на третьем уровне маршрутов к числу маршрутизаторов.
Например, если N — это число узлов, то формула для числа виртуальных однонаправленных соединений всех узлов друг с другом имеет вид N4(N-1) (сумма арифметической прогрессии). Используя эту формулу, легко вычислить, что для связи 5 узлов потребуется 20 виртуальных (однонаправленных!) соединений. При добавлении всего лишь одного узла потребуется уже 30 виртуальных соединений.
Каждый маршрут в таблице маршрутизации требует выделения дополнительной памяти и нуждается в обработке с учетом протокола маршрутизации. Это приводит к значительной загрузке маршрутизаторов служебными функциями. Поэтому сейчас производители коммутаторов ATM и Frame Relay для глобальных сетей начинают принимать меры, которые позволили бы объединить виртуальные каналы в небольшое число путей между узлами. В результате уменьшается число маршрутов, с которыми приходится иметь дело маршрутизаторам.
- Максим Кульгин Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия
- Часть I основы корпоративных сетей.
- 1. Базовые сетевые технологии
- Соединения и каналы
- Технологии b-isdn и atm
- Технология Frame Relay
- Технология isdn
- Плезиохронная и синхронная цифровые иерархии
- Технология sonet
- Технология smds
- Технология Ethernet
- Дальнейшее развитие технологии Ethernet
- Технология 100vg-AnyLan
- 2. Методология построения корпоративной сети
- Сравнение современных технологий передачи данных
- Требования к сети
- Архитектура сети
- Магистраль на базе коммутации ячеек
- Маршрутизация
- Коммутация
- Выделение маршрутов
- Сетевые шаблоны
- Сетевой шаблон глобальной сети
- Сетевой шаблон городской сети
- Шаблон городской сети с технологией sonet/sdh
- Шаблон городской сети с передачей atm поверх sonet/sdh
- Шаблон городской сети, как расширенной локальной сети
- Сетевой шаблон центрального офиса
- Реализация доступа и магистрали
- Критерии выбора технологии
- 3. Качество обслуживания в современных сетях
- Характеристики трафика
- Трафик разных приложений
- Качество обслуживания «на самоокупаемости»
- Обзор технологий качества обслуживания
- Обеспечение перекрывающей пропускной способности
- Приоритетные очереди в маршрутизаторах
- Протокол резервирования ресурсов
- Установление приоритетов в виртуальных сетях
- Качество обслуживания в сетях Frame Relay
- Качество обслуживания в сетях atm
- Рекомендации
- 4. Модель и уровни osi
- Эталонная модель osi
- Протоколы и интерфейсы
- Уровни модели osi Физический уровень
- Канальный уровень
- Сетевой уровень
- Транспортный уровень
- Сеансовый уровень
- Уровень представления
- Прикладной уровень
- Назначение уровней модели osi
- 5. Основные типы сетевых устройств
- Витая пара
- Коаксиальный кабель
- Оптоволоконный кабель
- Сетевые адаптеры
- Концентраторы
- Коммутаторы
- Коммутация «на лету»
- Коммутация с буферизацией
- Бесфрагментная коммутация
- Дополнительные функции коммутаторов
- Протокол stp
- Протокол stp и виртуальные сети
- Протокол stp: заключение
- Маршрутизаторы
- Брандмауэры
- Часть II стек протоколов тср/ip
- 6. Ip и другие протоколы нижнего уровня
- Протокол ip
- Протокол arp
- Протокол 1смр
- Протокол udp
- Протокол rtp
- Адресная схема протокола ip
- 7. Протокол tcp
- Формат заголовка
- Состояние системы
- Блок управления передачей
- Установление и закрытие соединений
- Плавающее окно
- Пропускная способность
- Контроль за перегрузками
- Управление потоком данных
- Политики отправки и приема сегментов
- Таймер повторной передачи
- Адаптивный таймер повторной передачи
- Узкие места в сети
- Протокол tcp в сетях atm
- 8. Маршрутицазия протокола ip
- Автономные системы
- Подсети
- Маска подсети
- Протокол rip
- Маска подсети переменной длины
- 9. Протоколы маршрутизации Протокол ospf
- Протоколы igrp и eigrp
- Протоколы политики маршрутизации egp и bgp
- Протокол igmp
- Алгоритмы построения дерева доставки
- Магистраль mbone
- Протоколы групповой маршрутизации Протокол dvmrp
- Протокол mospf
- Протокол рiм
- Бесклассовая междоменная маршрутизация
- Часть III Технология atm
- 10. Введение в технологию атм
- Появление atm
- Форум atm
- Основные компоненты atm
- Уровни atm
- Уровень адаптации atm
- Уровень atm
- Физический уровень
- Прямая передача ячеек
- Использование транспортных кадров
- Использование plcp
- Интерфейсы atm
- Мультиплексирование в сетях atm
- Инверсное мультиплексирование
- Безопасность в сетях atm
- Сигнализация atm
- 11. Основы технологии атм Соединения atm
- Сети без установления соединения
- Сети с установлением соединения
- Виртуальные соединения в сетях atm
- Типы виртуальных соединений
- Виртуальные пути и виртуальные каналы
- Установление соединений atm
- Ячейки atm
- Сети с передачей ячеек
- Формат ячеек atm
- Ячейки формата uni
- Ячейки формата nn1
- Подготовка ячеек к передаче
- Уровень адаптации aal1
- Уровень адаптации aal3/4
- Уровень адаптации aal5
- Адресация atm
- Адрес dcc aesa
- Адреса icd и е.164 aesa
- Управление адресами
- 12. Коммутация и маршрутизация в атм Коммутаторы atm
- Архитектура коммутаторов atm
- Интеграционные функции коммутаторов
- Управляемость
- Маршрутизация в atm
- Протокол маршрутизации запросов pnni
- Протокол сигнализации pnni
- Качество обслуживания
- Протокол tcp
- Протокол udp
- Резервирование ресурсов и протоколы управления потоком данных
- Организация очередей в маршрутизаторе
- Метод явного контроля скорости
- 14. Интегрированные и дифференцированные услуги Качество обслуживания
- Интегрированные услуги
- Сервисные уровни обслуживания
- Сервисное управление нагрузкой
- Гарантируемое обслуживание
- Протокол резервирования ресурсов rsvp
- Стили резервирования
- Развитие сетей с is
- Дифференцированные услуги
- Архитектура системы с предоставлением ds
- Граничные устройства домена ds
- Внутренние устройства домена ds
- Выходные домены
- Использование протокола rsvp в сетях с ds
- 15. Управление трафиком в атм
- Трафик-контракт
- Параметры трафика
- Категории сервиса
- Связь механизмов управления трафиком
- Контроль за установлением соединения
- Контроль за использованием полосы пропускания
- Формирование трафика
- Контроль потока abr
- Контроль приоритетов
- Организация очередей в коммутаторах
- Реализация очередей для службы ubr
- Реализация очередей для службы abr
- Методы отбрасывания пакетов
- Адаптивное управление буферами в коммутаторах
- 16. Интеграция с атм
- Протокол ip поверх atm
- Передача ip-Дейтаграмм по сети atm
- Взаимодействие устройств в одной логической подсети
- Групповая доставка информации в сети atm
- Взаимодействие устройств в разных логических подсетях
- Протокол nhrp
- Оценка потерь при работе протокола ip поверх atm
- Передача ip-дейтаграмм в кадрах sonet
- Технология эмуляции локальной сети — lane
- Концепция lane
- Технология мроа
- Клиент мроа
- Сервер мроа
- Взаимодействие технологий мроа и nhrp
- Масштабируемость в глобальных сетях
- Технология Tag Switching фирмы Cisco
- Технология aris фирмы ibm
- Технология mpls комитета ietf
- Перспективные разработки. Рекомендации
- Взаимодействие технологий atm и Frame Relay
- 17. Интеграция маршрутизации и коммуникации
- Общие вопросы выбора технологий
- Коммутирующие маршрутизаторы
- Коммутация третьего уровня в atm
- Технологии фирм Ipsilon и Toshiba
- Технология FastIp фирмы 3Com
- Технология NetFlow фирмы Cisco
- Технология SecureFast фирмы Cabletron
- Технология Multiprotocol Switched Services фирмы ibm
- 18. Мультимедиа в сети
- Передача видеоинформации
- Технические требования к передаче видеоинформации в сетях atm
- Некоторые рекомендации по созданию сетей atm с видео
- Передача голоса
- Часть V Приложения
- 1. Стандарты стека протоколов tcp/ip
- 2. Порты протоколов tcp и udp
- 3. Выделение ip - подсетей
- 4. Теория очередей и расчет параметров сети
- 5. Организации по стандартизации
- 6 Список фирм - членов Форума атм
- 7. Спецификации Форума атм
- 8. Список терминов
- 9. Список литературы Основная литература
- Дополнительная литература Технология atm и протокол ip поверх atm
- Технология качества обслуживания
- Система ip-адресаиии
- Некоторые ресурсы Internet
- Алфавитный указатель
- Оглавление
- Часть I 3
- Часть II 109
- Часть III Технология atm 207
- Часть IV 269
- Часть V Приложения 402