Реферат: Расширение локальных сетей

--PAGE_BREAK--Введение
 


Локальные вычислительные сети повсеместно расширяются и становятся инфор­мационной основой предприятий. Но их быстрый рост неизбежно порождает многие проблемы, попыт­ки устранения которых ведут к пересмотру традици­онных взглядов на компьютерные сети.

Изменения в информационной политике и программном обеспечении требуют от се­тевого оборудования нового уровня производитель­ности, адаптируемости, гибкости и надежности. Со­временные сетевые решения должны сочетать высокуюпроизводительность, возможность поддержки трафика мультимедиа и простоту администрирова­ния сетей.

Коммутируемые сети обещают продлить жизнь се­тей, «возведенных» вчера, и подготовить архитектур­ные решения дня завтрашнего. Современные сетевые протоколы и архитектуры, такие как коммутация па­кетов и асинхронный режим доставки (АТМ -asynchronous transfer mode),способны обеспечить масштабируемую про­изводительность сетей, гибкую схему подключений и являются основой сетевых технологий следующе­го столетия.

Вместе с сетями изменились и компьютеры. Теперь среднестатистический компьютер располагает мощ­ным графическим интерфейсом и вполне может об­рабатывать «живое» видео в реальном масштабе вре­мени. Для презентаций, разработки изделий (с помо­щьюCAD/ÑÀÌ-ïðèëîæåíèé) или обработки рентге­новских снимков все чаще используются компьюте­ры, работающие в сети. Но графические изображения содержат мегабайты данных, требуя для загрузки значительного времени и, следовательно, «затормаживая» работу пользователя. Вообще говоря, просмотр графических страниц уже лежит за пределами возможностей тра­диционных сетевых технологий. Однако еще более тяжелым испытанием для сети могут стать мультимедийные приложения. Видео, например, требует высо­чайшей пропускной способности сети, ведь кадры (уже сами по себе значительные по объему) должны поступать на экран через строго определенные про­межутки времени, обеспечивая тем самым «плавность» воспроизведения.

Нельзя оставить без внимания и тенденции к бо­лее распределенной организации взаимодействия между вычислительными системами. Если ранее80% сетевого трафика приходилось на взаимодействие типа «клиент/сервер» в рамках одной локальной сети, то теперь все чаще, пользователь в поисках необходимой ему информации вслед за ссылками перескакивает с одного сервера на другой, при этом сетевая архи­тектура должна обеспечить пользователю равноцен­ный доступ к ресурсам. Также большую загрузку сети создает растущее количество приложений, в основу которых положена идеология «каждый с каждым» (peer-to-peer),— видеоконференции, «общий рабо­чий стол» и т.д.
Локальные сети


Локальная вычислительная сеть — это группа расположенных в пределах некоторой территории компьютеров,которые совместно используют программные и аппаратные ресурсы.

Сетевая архитектура соответствует реализации физического и канального уровня модели ЭМВОС.Она определяет кабельную систему,кодирование сигналов,скорость передачи структуру кадров топологию и метод доступа. Каждой архитектуре соответствуют свои компоненты — кабели разъемы интерфейсные карты кабельные центры и т. д.

Первое поколение архитектур обеспечивало низкие и средние скорости передачи:LocalTalk — 230кбит/с, ARCnet — 2,5Мбит/с, Ethernet -10  Мбит/си TokenRing — 16 Мбит/с.Исходно они были ориентированы на электрический кабель.

Второе поколение — FDDI (100 Мбит/с), ATM (25 и от 155 Мбит/с до 2,2 Гбит/с), Fast Ethernet (100 Мбит/с) в основном ориентировано на оптоволоконный кабель.

    
Ethernet


22 мая 1973 года Роберт Метклаф,сотрудник Научно-исследовательского центра фирмы Xerox в Пало-Альто, написал докладную записку с изложением принципов, которые легли в основу нового типа ЛВС. В данном документе впервые встречается слово ethernet.Вскоре IBM, Xerox иDEC взялись реализовать новую сеть на своих мини-ЭВМ, а в сентябре 1980 года они выпустили стандарт на эту сеть, которую сейчас называют Ethernet версии 1. Вторая версия Ethernetувидела свет в ноябре 1982 года.Обе версии используются до сих пор,причем между ними существуют различия и по интерфейсу,и по уровням сигналов (состояние незанятости линии в версии 1 определяется по уровню 0,7 В,а в версии 2 — по уровню 0 В). При проектировании новых и расширении старых ЛВС следует знать,что сетевые адаптеры для Ethernet различных версий несовместимы между собой.

Название Ethernetпервоначально использовалось для сетей,реализованных в соответствии со стандартом версии 1,и лишь впоследствии распространилось на другие его версии.В стандарте версии 1 определены:физическая среда (толстый коаксиальный кабель),метод управления доступом (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD — Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection))и скорость передачи (10 Мбит/с).Кроме того,стандартом версии 1 регламентируется размер (от 75 до 1526 байтов),содержимое Ethernet-пакета и метод кодирования данных (манчестерский код).

Вскоре после появления Ethernet в одном из комитетов Института инженеров по электротехнике и радиоэлектроники (IEEE)началось обсуждение вопроса о разработке международного неофициального стандарта на локальные сети.Получившийся стандарт,а именно IEEE 802.3,настолько близок к Ethernetверсии 2 что его часто называют стандартом Ethernet,несмотря на некоторые различия между ними. 

 
    продолжение
--PAGE_BREAK--Различия между форматами кадров вIEEE302.3 иEthernet


Рассмотрим формат кадра802.3. Преамбула состоит из56 битов. Это последовательность чередующихся единиц и нулей, предназначенная для синхрони­зации приемного тракта. Начальный разделитель кадра(10101011) обозначает начало информационной части кадра. Адрес получателя и адрес отправителя берутся из кадра LLC-óðîâíÿ, в поле длины кадра указывается число октетов (байтов) кадра, содержащегося в поле данных (от46 до1500 октетов). Если число октетов данных меньше минимального значения, тополе данных дополняется необходимым числом октетов, образующих так называемое поле заполнения. И, наконец, завершает кадр поле контрольной суммы, содержащее информацию, необходимую для контроля ошибок.

Основное различие между кадром, отвечающим стандарту802.3, и традиционным Ethernet-êàäðîì заключается в том, что в последнем отсутствует двухбайтовое поле длины, в котором здесь нет необходимости, так как длина является фиксированной. Вместо него вEthernet-êàäðå имеется двухбайтовое поле, используемое для указания типа протокола более высокого уровня (это может быть, например, протокол TCP/IP),который используется для поля данных. Совместное использование трансиверовEthernetи802.3 (устройств, которые осуществляют фактическую передачу данных с сетевых интерфейсных плат в физическую среду) приводит к ошибкам, потому что узлы как802.3, так иEthernetнеправильно интерпретируют сообщения, предназначенные для устройств другого типа. Разводка выводов у трансиверов Ethernetи802.3 также разная. Игнорирование этого различия часто приводит к перегрузке узлов802.3 при обработке широковещательныхEthernet-ñîîáùåíèé. Это следует учитывать при расширении существующих сетей Ethernet или IEEE 802.3.


 802.3 как развивающийся стандарт


Ethernetпредполагает работу только с 50-омным коаксиальным кабелем, тогда как стандартом802.3 в настоящее время поддерживаются различные типы соедине­ний — по коаксиальному кабелю различных типов и по кабелю на витых парах. Выбор кабеля зависит от рекомендованного максимального расстояния. Так, одно время несколько поставщиков, среди которых была, в частности, фирмаAT&T, предлагали изделие под названиемStarLAN.Этот вариантEthernetобеспечивал передачу данных со скоростью1 Мбит/с на расстояние500 м(1Base5);но сейчас он уже не использу­ется. Предельное расстояние для толстого коаксиального кабеля(50 0м)-500 м, поэтому стандарт802.3 обозначают как10Base5(т.е. коаксиальный кабель(baseband coaxial cable)со скоростью передачи10 Мбит/с на расстояниях до500 м («толстый Ethernet»).Тонкий коаксиальный кабель10Base2,или«cheapernet»(«тонкийEthernet») обеспечивает передачу сигналов на185 м, тогда как для неэкранированной витой пары(UTP-Unshielded Twisted Pair)рекомендуется расстояние до100 м(10BaseT).

Старая спецификацияStarLAN802.3для сети со скоростью1 Мбит/с и максималь­ной дальностью500 м известна как1Base5.Поскольку подкомитеты комитета802IEEEпо мере развития новых технологий продолжают свою работу, не останавливаются в своем развитии и стандарты. Стандарты 802 определяют многоуровневый набор протоколов, очень похожий на модельOSI (Open System Interconnection),поэтому существует возможность дополнения уровня управления доступом к среде передачи(MAC-Medium Access Control)без внесения изменений в уровень управления логическим каналом(LLC-Logical Link Control).
<img width=«548» height=«458» src=«ref-1_409964222-13042.coolpic» v:shapes="_x0000_i1025">
 Рис.1
 
 Звездообразная топология 802.3


Ethernetна волоконно-оптических кабелях


В сети стандарта802.3 можно использовать волоконно-оптические кабельные системы. Главные их достоинства— устойчивость к любому виду взаимных электри­ческих помех и возможность обеспечить дальность связи. Длина волоконно-оптиче­ского канала связи может составлять до4,5 км. По сообщениям фирмыCodenoll, которая является одним из ведущих поставщиков на этом рынке, силами этой фирмы была успешно осуществлена инсталляция самой большой в мире волоконно-оптиче­ской сети в штаб-квартире компанииSouthwestern Bell(г. Сент-Луис, шт. Миссури, США). Эта сеть охватывает помещения общей площадью полтора миллиона кв. футов на44 этажах и состоит из3000 станций, соединенных92 милями волоконно-опти­ческого кабеля.

На каждой рабочей станции сети должна быть установленаNIC,рассчитанная на передачу в соответствии со стандартом802.3 по волоконно-оптическому кабелю. Codenollпредлагает трансивер, который выполнен как внешний, но следует, однако, отметить, что в такой сети принцип работы как приемников, так и передатчиков в любом варианте исполнения одинаков: передатчики преобразуют электрические сигналы в световые импульсы, а в приемниках производится обратное преобразова­ние оптических сигналов в электрические.

Оптический шинный звездообразный ответвитель посылает оптические сигналы всем станциям сети. Он представляет собой эквивалент концентратора стандарта10BaseT.Использование повторителей позволяет, во-первых, увеличить расстояние, на которое передается информация, и, во-вторых, реализовать «каскадные звезды» путем соединения оптических звездооб­разных ответвителей. На рынке предлагаются различные модели этих ответвителей (в этом легко убедиться на примере ассортимента изделий фирмыCodenoll):коакси­альный — волоконнооптический, волоконнооптический — волоконнооптический,  коаксиальный — коаксиальный. Реальные волоконнооптические кабели поставляются с уже смонтированными соединителями и заменяют собой коаксиальные кабельные системы и витые пары. Схема сетиEthernetна волоконной оптике представлена на Рис.2.
<img width=«512» height=«451» src=«ref-1_409977264-2330.coolpic» v:shapes="_x0000_i1026">

Рис.2
  
Волоконно-оптическая сеть
Ethernet


    продолжение
--PAGE_BREAK--Высокоскоростные варианты сетиEthernet


Многим фирмам, имеющим большие ЛВС типаEthernet,уже пришлось столк­нуться с сетевым эквивалентом дорожной пробки. Как только процент использования сети превышает40%, ее пропускная способность падает и начинают поступать жалобы от пользователей. Поэтому администраторы сетей были вынуждены заняться поиском способов увеличения трафика, не требующих ввода в эксплуатацию новых сетевых «автострад».

ДуплекснаяEthernet.


В конце1993 года фирмаKalpanaвнедрила дуплексную технологиюEthernet.Эта сеть состоит из двух каналов со скоростью передачи 10 Мбит/с, один из которых служит для приема, а другой — для передачи данных по соединению точка-точка. На обоих концах дуплексного соединения данные могут одновременно передаваться и приниматься по нуль-модемному кабелю, что в сумме дает пропускную способность20 Мбит/с. С коммутаторомKalpanaна скорости 20 Мбит/с может работать сервер сEISA-øèíîé и адаптеромNetFlex-2фирмы Compaqили сервер с шинойMicro Channelи адаптеромEtherStreamer-32фирмыIBM.

В сетях, реализованных по дуплексной технологииEthernet,имеется серьезное ограничение по производительности. Дело в том, что скорости, близкой к20 Мбит/с, в такой сети можно достичь только тогда, когда трафик сбалансирован в обоих направлениях. А поскольку связь клиент-сервер в большинстве случаев является односторонней, то чаще всего общая производительность оказывается ниже ожидае­мой. Однако дуплексныеEthernet-àäàïòåðû все же обеспечивают гораздо более высокую пропускную способность даже в полудуплексном режиме, поэтому при использовании дуплекснойEthernetобщая эффективность сети все равно будет выше, и администраторам сетей полезно об этом знать.

ДуплекснаяEthernet— это коммутируемая специализированная версия стандарт­нойEthernet,в которой каналы со скоростью передачи10 Мбит/с можно формировать в двух направлениях, чтобы добиться суммарной пропускной способности20 Мбит/с, Аппаратные средства для реализации этой технологии на рынке присутствуют в широком ассортименте. Так, поскольку шинаMicro ChannelфирмыIBMобеспечи­вает пакетный режим,IBMпредлагает для дуплексныхEthernet-ñåòåé свои платы LANStreamerиEtherStreamer,рекламируя их как наиболее удачные разработки в этой области. ФирмаTexas Instrumentsтакже проявляет интерес к дуплекснойEthernet,но ее разработки существенно отличаются от изделий других поставщиковEthernet. Предлагается также совместная разработка фирмSynOpticsиKalpana:дуплексный коммутатор встроен в концентраторы.Compaqтоже не обошла вниманием этот сегмент рынка. Она предлагает свою платуNetFlexс микросхемамиTexas Instruments.

Обилие предложений на рынке порождает серьезную проблему для администра­торов сетей. Она заключается в несовместимости упомянутых аппаратных средств. Поэтому, несмотря на то, что разработками в данной области занимается такая авторитетная фирма, какCabletron,многие поставщики заняли выжидательную позицию, т.к. пока неизвестно, проявят ли интерес покупатели к этой версии технологии. Если только потребитель не приобрел одну из интеллектуальных разра­боток типа предлагаемых фирмамиCabletronиSynOptics,то ему, конечно же, не следует торопиться с вложением средств в эту технологию, ибо она не обеспечивает приемлемой совместимости в сетях масштаба предприятия. Кроме того, при стоимо­сти около$700 за порт дуплекснаяEthernetпо цене значительно превосходитEthernet со скоростью передачи100 Мбит/с.


100-VGAnyLAN.


Основными разработчиками технологии100BaseVG AnyLAN, по реализации напоминающей комбинациюEthernetиToken Ringсо скоростью передачи100 Мбит/с, работающей на неэкранированных витых парах(UTP)катего­рий3-5, являются фирмыHewlett-Packard,AT&TиIBM.Эта технология в конечном итоге стала стандартомIEEE802.12.В спецификации100-VG (Voice Grade,т.е. «класс передачи речи») предусматривается поддержка волоконно-оптических кабель­ных систем и экранированных витых пар(STP).Число потенциальных потребителей этой технологии представляется достаточно большим, поскольку многие сетиToken Ringвключают кабели на экранированных витых парах, поэтому при переходе от Token Ring со скоростью 16 Мбит/cк 100-VG не потребуется менять существущую кабельную системы.

В технологии100-VGиспользуется не традиционный дляEthernetметод CSMA/CD,а другой метод доступа — обработка запросов по приоритету(demand priority).В этом случае всем узлам сети предоставляется право равного доступа. Концентратор опрашивает каждый порт и проверяет наличие запроса на передачу, а затем разрешает этот запрос в соответствии с приоритетом. Имеются два уровня приоритетов — высокий и низкий.

Система обработки запросов по приоритету работает на четырехпарных кабелях из неэкранированных витых пар категорий3, 4 и5, на двухпарных кабелях из экранированных витых пар(STP илиIBMтип1), а также на одномодовых и многомодовых волоконно-оптических кабелях. Для передачи данных по неэкрани­рованным витым парам применяется технология квадратурного кодирования(quartel coding).Данные разбиваются на четыре параллельных потока, каждый из которых направляется по одной паре четырехпарногоUTP-êàáåëÿ. В каждой паре проводов для передачи двух битов информации за один цикл применяется эффек­тивная схема кодирования 5В6ВNRZ(пять битов — шесть битов без возвращения к нулю). Таким образом, квадратурное кодирование позволяет передавать по четырех­парномуUTP-êàáåëþ 100 Мбит данных в секунду, при этом частоты сигналов в отдельных витых парах сохраняются на уровне не выше25 МГц — гораздо ниже пределов, установленных Федеральной комиссией по связи США.

Для того чтобы обеспечить передачу100 Мбит данных в секунду по кабелю на экранированных витых парах, данные в сети100-VG AnyLANразбиваются на два параллельных потока. Этот метод позволяет воспользоваться преимуществом срав­нительно высокого уровня экранирования, который обеспечивает экранированная витая пара, и передавать данные на более высоких частотах. В результате скорость передачи100 Мбит/с достигается всего на двух парах проводов.

Как и в технологии10BaseT,в100BaseVG AnyLANвозможно каскадирование концентраторов в пределах одной подсети и расширение конфигурации сети без дополнительных мостов или иных компонентов. В каскадной конфигурации100-VG AnyLANпротокол обработки запросов по приоритету позволяет концентраторам автоматически определять, подключены они к концентратору более высокого уровня или нет. Получив запрос на передачу пакета из подключенного узла, концентратор нижнего уровня направляет этот запрос в концентратор следующего более высокого уровня. Концентратор верхнего уровня проводит арбитраж этого запроса вместе с запросами, поступившими из других узлов и концентраторов. После того как кон­центратор верхнего уровня подтвердит по очереди прием каждого запроса, подтвер­ждение направляется по каскаду в концентратор нижнего уровня, который по его получении подтверждает прием всех ожидающих запросов, а после этого возвращает управление концентратору более высокого уровня. Когда концентратор нижнего уровня передаст подтверждение в запросивший узел, последний начнет передачу пакета, имея гарантию его бесконфликтного прохождения по всем подключенным концентраторам данной подсети.

Таким образом, схема арбитража запросов по приоритетам позволяет работать множеству концентраторов по принципу равного доступа и без снижения эффектив­ности сети. Как и10BaseT, сеть100-VG AnyLANможно сегментировать с помощью мостов и коммутаторов, обеспечивая таким образом одновременную передачу пакетов в отдельных подсетях, что еще более увеличивает полосу пропускания для отдельных узлов и серверов. Вариант топологии сети100-VG AnyLANпредставлен на Рис.3.
<img width=«512» height=«290» src=«ref-1_409979594-9891.coolpic» v:shapes="_x0000_i1027">

Рис.3.Топология сети100-VG AnyLAN
Серьезными недостатками технологии100-VGявляются отход от традиционного дляEthernetметода доступаCSMA/CDи ощутимый недостаток совместимости с существующими сетямиEthernet.Если технология100-VG AnyLANприменяется для расширения работающей сети10BaseT,то для соединения подсетей10BaseTи100-VG AnyLANнеобходим мост-согласователь скоростей передачи. Этот мост буферизует высокоскоростные пакеты, поступающие в менее скоростную сеть. Поскольку и в 10BaseT, и в100BaseVG AnyLANможно использовать один и тот же формат Ethernet-ïàêåòà, преобразования пакетов и других операций обработки не требуется.

Для расширения узлов10BaseT их сетевые адаптеры необходимо заменить адапте­рами100-VG AnyLAN.Прокладывать новый кабель не нужно. Можно использовать тот же соединительRJ-45и те же неэкранированные витые пары, которые применяются в ЛВС10BaseT. Второй шаг по замене старых узлов10BaseT узлами100-VG AnyLAN состоит в отключении кабельных соединителей узлов от портов концентратора10BaseT в монтажном шкафу и подключении их к портам концентратора100-VG AnyLAN.


    продолжение
--PAGE_BREAK--Высокоскоростной Ethernet,или100BaseX.


Самой распространенной является спецификаци 100Base-TX, в соответствии с которой сигналы передаютс по двум парам медных проводов — так называемым неэкранированным витым парам (unshielded twisted pair, UTP) категории 5 — или по экранированным витым парам (shielded twisted pair, STP) типа 1. Друга спецификация, 100Base-TF, требует более дорогостоящего волоконно-оптического кабеля; сейчас в продаже имеетс небольшое число изделий для 100Base-TF, предназначенных прежде всего для магистральных сетей. Треть спецификация — 100Base-T4 — предусматривает применение медного провода категорий 3, 4 или 5; когда мы готовили настоящий обзор, в продаже еще не было концентраторов 100Base-T4, но к моменту его публикации на рынке должны появиться первые изделия, соответствующие этой спецификации.

В сентябре1992 года фирма Grand Junctionпредложила схему, позволяющую достичь в Ethernetскорости передачи100 Мбит/с с сохранением метода доступаCSMA/CD. Такое решение означало бы, что имеющиеся в наличии драйверы дляEthernetбудут работать без изменений. В конце1993 года, пока комитет802.3IEEEвсе еще обсуждал спецификацию100BaseX,начались первые поставки этих изделий, после чегоIEEE передал разработку окончательной редакции спецификации своему комитету802.30.

Предложение фирмыGrand Junctionпо высокоскоростной технологииEthernet реализуется на уровне управления доступом к среде передачи(MAC)протокола CSMA/CD в комбинации с уровнем зависимости от физической среды(PMD— Physical Medium Dependent)стандартаANSIХЗТ9.5. Для реализации необходимы две парыUTP-êàáåëÿ класса передачи данных. В результате достигается повышение частоты передачи пакетов без изменения структуры самих пакетов.

Главное преимущество технологии100BaseXперед другими методами реализации 100-Мбит/с версийEthernetзаключается в том, что степень ее совместимости с существующими сетямиEthernetпозволяет интегрировать ее в эти сети с помощью мостов либо двухскоростных сетевых адаптеров. С серьезной проблемой могут столкнуться только те администраторы сетей, которые не имеют в своем распоряже­нии уже приложенных проводов категории5. Ожидается, что спросом будут использоваться интеллектуальные концентраторы, обеспечивающие работуEthernetи на10, и на100 Мбит/с. Скорее всего, администраторы сетей предпочтут не приобретать адаптерные платы со скоростью передачи100 Мбит/с сразу для всех узлов, а сначала используют высокоскоростнойEthernetдля соединения серверов.

Быть может, самым важным фактором, который необходимо принимать во внимание при расширении сети, является кабельная система. Во многих зданиях старой постройки кабельная разводка выполнена неэкранированными витыми парами категории 3, которые не смогут работать с рассмотренными здесь изделиями 100Base-TX. Если в  здании именно така разводка, то  придется либо заменить ее на кабель категории 5, либо использовать изделия 100Base-T4, которые будут работать и с витыми парами категории 3.

Кроме того, нужно помнить, что не все правила, относящиеся к стандартным сетям Ethernet, применимы дл сетей Fast Ethernet. В частности, ограничения на длину соединений и правила последовательного соединени концентраторов гораздо жестче: в цепочку можно включить только два последовательно соединенных концентратора, причем расстояние между оконечными узлами не должно превышать 205 м (в обычной Ethernet — соответственно четыре концентратора и 2500 м). Если такие ограничени на кабельную разводку вас не устраивают, можно рассмотреть два варианта — либо применять издели 100VG-AnyLAN, либо остановить свой выбор на изделиях, отвечающих стандарту 100Base-FX Fast Ethernet, предусматривающему использование волоконно-оптического кабеля.

И наконец, хотя Fast Ethernet мало отличается от обычной спецификации Ethernet, это все-таки не одно и то же. Поэтому вам придется найти способ, как подключить группы, работающие в сети Fast Ethernet, ко всей остальной сетевой инфраструктуре. Проще всего сделать это с помощью моста-концентратора, который обеспечит все необходимые соединения между существующим сегментом Ethernet и новой сетью Fast Ethernet.


Новые сетевые адаптеры, расширяющие возможности ЛВС


С развитием сетевых технологий возникла необходимость проведения операций с большими объемами информации (с корпоративными базами данных), а также использования в ЛВС систем видеоконференций и мультимедиа.

Все это требовало поиска возможностей увеличения производительности компьютерных сетей. Когда спокойно текущий трафик ЛВС превратится в стремительный поток, вам придется ускорить свою сеть, чтобы сервер не стал для него плотиной. Решение проблемы — Fast Ethernet, сетевой стандарт, предусматривающий скорость передачи данных 100 Мбит/с и ориентированный на системы, требующие высокой пропускной способности: базы данных с архитектурой «клиент-сервер», мультимедиа, видеоконференции. Адаптеры 10/100 идеально подходят для того, чтобы уже сейчас заложить основу дл будущего перехода на Fast Ethernet, не затрагива пока существующей кабельной системы, концентраторов и коммутаторов Ethernet.

Поскольку одновременный переход крупной организации на новые высокопроизводительные сетевые стандарты для большинства из них оказывался невозможным по финансовым причинам, разработчики сетевых аппаратных средств в течение последних двух лет работали над тем, как одновременно добиться повышения производительности уже существующих сетей Ethernet и обеспечить при этом возможность постепенного перехода к «быстрым» 100-Мбит/с сетям.

Были предложены разнообразные технологии, например коммутации и микросегментации сетей, однако на практике, особенно с активным внедрением архитектуры клиент-сервер, оказывалось, что именно сервер ЛВС во многих случаях является причиной существования «узких мест» в сети, снижая ее пропускную способность.

В традиционной модели вычислений файловый сервер, на котором хранится большая часть приложений и данных, осуществляет пересылку приложения по запросу на рабочую станцию пользователя, где приложение и исполняется. После того как такая пересылка осуществлена, для работы пользователя уже не требуется частое осуществление операций ввода-вывода и, следовательно, обращений сервера к установленному на нем сетевому адаптеру.

Технология же клиент-сервер использует в полной мере не только вычислительную мощность процессора, но и пропускную способность сети. В технологии клиент-сервер приложение исполняется на самом сервере, а на сделавшую запрос рабочую станцию пересылаются только результаты. С увеличением частоты запросов возрастает не только объем вычислений, но и число операций ввода-вывода. В определенный момент достигается своего рода «пик», после которого объем передаваемой по сети информации остается практически постоянным. Таким образом, технология клиент-сервер предъявляет повышенные требования не только к быстродействию ЦП и шины ввода-вывода сервера, но и к производительности сетевого адаптера. В результате именно сетевой адаптер стал одним из главных объектов для различных технологических усовершенствований и доработок, суть которых можно свести к двум «золотым правилам»:

1.Сетевой адаптер должен работать со скоростями передачи данных, сравнимыми с быстродействием ЦП и внутренней шины ввода-вывода сервера (или рабочей станции).

2.Адаптер должен обрабатывать и передавать запросы и ответы, посылаемые и получаемые от большого числа рабочих станций и сетевых устройств, оснащенных аналогичными адаптерами.

Кроме того, к современным сетевым адаптерам предъявляются такие требования, как поддержка технологии Plug and Play, возможность работы с различными операционными системами, изменени параметров их конфигурации без отключения компьютера от сети и др.

Новое поколение адаптеров EtherExpress, разработанных фирмой Intel для систем на базе процессоров Intel 486 и Pentium, позволяет не только повысить пропускную способность сети, но и облегчить управление ею. Рассмотрим более подробно три модели сетевых адаптеров Intel: EtherExpress PRO/10, EtherExpress PRO/100 и EtherExpress Flash32.

Фирме Intel удалось добиться существенного — до 30% по сравнению с предыдущими моделями — роста производительности этих адаптеров благодаря следующим оригинальным техническим решениям:

•реализации параллельной обработки сетевых пакетов; •использованию 32-бит драйвера;

•увеличению буферной памяти адаптера до 32 Кбайт.

Параллельная обработка данных, применяемая Intel, позволяет адаптерам EtherExpress PRO копировать пакеты данных из памяти компьютера и одновременно передавать их в сеть, не дожидаясь получения всего пакета. Приходящие из сети пакеты также записываются в буфер адаптера и одновременно копируются в память компьютера, гарантируя эффективное использование центрального процессора и увеличивая общую производительность системы.

Сочетание параллельной обработки данных с увеличенным буфером (32 Кбайт) позволяет достигать наибольшей производительности в сетях с интенсивным трафиком.

Наконец, 32-разрядный порт ввода-вывода, используемый в адаптерах EtherExpress PRO, уменьшает нагрузку центрального процессора и оптимизирует обмен информацией между адаптером и локальной памятью.

Автоматическое программное конфигурирование адаптера, не требующее монтажа перемычек и «щелчков» переключателей и включающее установку виртуальных загружаемых модулей Novell VLMs — Virtual Loadable Modules), гарантирует простоту подсоединения адаптера к сети.

Централизованное управление каждым сетевым ПК осуществляется с помощью встроенного ПО, включающего в себя пакет FlashWorks и программу поддержки DMI (Desktop Management Interface). Пакет FlashWorks 1.6, поставляемый только с адаптерами Intel, позволяет осуществлять централизованное обновление драйверов, при котором новые версии системных драйверов автоматически загружаются во флэш-память каждого установленного в сети адаптера с помощью специальной утилиты. Поэтому администратору ЛВС будет достаточно установить новые драйверы только на файловый сервер. Следует отметить, что во флэш-памяти адаптера сохраняется истори последних пяти изменений конфигурации аппаратного и программного обеспечения. Это позволяет администратору ЛВС вернуться к старой конфигурации сети при обнаружении каких-либо конфликтов вновь установленных драйверов с программным или аппаратным обеспечением.

Другой возможностью адаптеров EtherExpress PRO является антивирусная защита, которая осуществляется до загрузки операционной системы сервера или рабочей станции и включает в себя автоматическое сканирование жестких дисков компьютеров и удаление вирусов, обнаруженных в секторе начальной загрузки.

Адаптер EtherExpress Flash 32 используется в компьютерах с шиной EISA. Он работает в режиме главного абонента шины со встроенным программным обеспечением FlashSet и FlashStart, упрощающим установку в сетях Novell. Адаптер оснащен 32-разрядным процессором фирмы Intel с внутренним четырехканальным контроллером DMA 82596 Ethernet. Высокоскоростной обмен данными во врем операций чтения/записи данных обеспечивает 32-разрядный прямой доступ к системной памяти главного компьютера.

Адаптеры EtherExpress PRO/100 в отличие от EtherExpress PRO/10 поддерживают стандарты как 10BaseT (10 Мбит/с), так и 100BaseTХ (100 Мбит/с), что особенно важно при использовании их в сетях, где установлены коммутаторы и некоторые узлы сети работают в режиме передачи данных со скоростью 100 Мбит/с, а остальные — 10 Мбит/с.

Для увеличения производительности сети адаптеры предусматривают так называемую динамическую передачу, т. е. могут передавать многочисленные кадры Ethernet последовательно, без временной паузы по окончании каждого кадра. Все адаптеры EtherExpress PRO/100 могут работать в режиме 32-разрядного главного абонента шины, что позволяет оптимизировать передачу данных из компьютера в сеть и из сети в компьютер. В них использована технология прямого доступа к шине, позволяющая избежать временного хранения и перекопирования данных. Наиболее мощной моделью семейства PRO/100 является «интеллектуальный» адаптер PRO/100 Smart. Он оснащен RISC-процессором Intel i960, который позволяет резко уменьшить загрузку ЦП компьютера, а также содержит собственную 2-Мбайт оперативную память. Адаптер EtherExpress PRO/100 Smart сертифицирован компанией Novell в качестве MSL-адаптера, т. е. адаптера, применяющегося для связи и синхронизации работы «зеркальных» серверов в отказоустойчивой сетевой операционной системе Novell NetWare SFT III.

 


    продолжение
--PAGE_BREAK--Распределенный волоконно-оптический интерфейс                  передачи данных(FDDI)


Размышления над тем, как повысить производительность сети, являются постоянным источником головной боли для администраторов сетей. Причина — сущест­вование не только 100-Мбит/сEthernet,но и АТМ(Asynchronous Transfer Mode-асинхронного режима доставки, рассматриваемый ниже). На сегодняшний день самым быстрым и не требующим больших затрат решением продолжает оставаться распределенный волоконно-оптический интерфейс передачи данных(FDDI),предложенный Американским национальным институтом стандар­тов(ANSI).FDDIобеспечивает передачу данных со скоростью100 Мбит/с между узлами, рабочими станциями и концентраторами на расстояние до двух километров.

В1994 году примерно30 фирм предлагали компоненты дляFDDI: мосты, маршрутизаторы, шлюзы и концентраторы. В изделиях стандартаFDDI имеются оптические преобразователи на светодиодах, работающие на длине волны1300 нм. Применяется многомодовый волокно-оптический кабель со ступенчато изменяю­щимся показателем преломления; диаметр световода составляет62,5 мкм, а диаметр оболочки-125 мкм. Волоконно-оптические версииFDDI все еще очень дороги. Во многих случаях определяющими факторами при выборе этой технологии являются расстояние между связываемыми узлами и степень защиты. Оптическая передача по волоконно-оптическому кабелю делает данные практически неуязвимыми для помех от расположенной рядом техники и для попыток перехвата.


Основные компоненты сетиFDDI


СтандартFDDI определяет перечень компонентов сети, который включает одно­кратно подключенную станцию(SAS-Single Attached Station),двукратно подключенную станцию(DAS-Dual Attached Station)и концентраторы проводных линий. Соединения однократно подключенных станций с концентраторами имеют топологию звезды (рис.4). В роли концентраторов могут выступать мэйнфреймы, мини-компьютеры и высокопроизводительные рабочие станции. Разрыв кабеля однократно подключенной станции не выведет из строя всю сеть, потому что концентратор осуществит обход этой станции и продолжит передачу и прием информации.

<img width=«547» height=«520» src=«ref-1_409989485-3660.coolpic» v:shapes="_x0000_i1028">
Рис. 4 Сеть
FDDI
на двойном кабеле
Такие концентраторы весьма привлекательны для системных интеграторов, по­тому что позволяют подключать к сети от4 до16 станций с гораздо меньшими затратами, чем при использовании двукратно подключенных интерфейсов. Кроме того, подключенные к концентраторам устройства можно отключать без какого-либо ущерба для сети в целом. Двукратно подключенное устройство в случае прекращения работы может оказать отрицательное влияние на сетьFDDI, потому что сеть посчитает его неисправным и попытается решить эту проблему путем «заворачива­ния» (на этом явлении мы остановимся ниже). Многие промышленные эксперты полагают, что в структурах сетейFDDI концентраторы будут использоваться для компьютеровPCи других рабочих станций, а более дорогие, но устойчивые к системным отказам интерфейсы двукратного подключения — для мини-компьютеров и мэйнфреймов.

Для подсоединения двукратно подключенных станций в сетиFDDI используется двойной кабель. Интерфейс двукратного подключения обеспечивает отказоустойчи­вость системы благодаря своей избыточности. В случае разрыва кабеля сеть выполняет «заворачивание» — включает второе кольцо для обхода отказавшей станции. Сеть продолжает работать, но ее производительность падает. Некоторые поставщики предлагают интерфейсы двукратного подключения с îïòè÷åñêèì îáâîäíûì êàáåëåì, ÷òîáû ñîåäèíåíèå ëåâîé ÷àñòè ñ åå ïðàâîé ÷àñòüþ íå  ïðîïàäàëî äàæå ïðè ðàçðûâå êàáåëÿ.


Интегрирование сетейFDDIс существующими ЛВС


Основными средствами объединения сетейFDDI с существующими ЛВС явля­ются мосты с инкапсуляцией данных, транслирующие мосты, мосты с маршрутиза­цией от источника.

Метод инкапсуляции данных, используемый такими фирмами, какFibronics Inc., позволяет упаковывать данные в форматFDDI по особым алгоритмам. Пакет берется из ЛВС и для прохода по кольцуFDDI инкапсулируется (упаковывается) вFDDI-пакет. Инкапсулирующий мост на стороне приема деинкапсулирует пакет и отправ­ляет его по назначению. В процессах инкапсуляции и деинкапсуляции применяются собственные алгоритмы, вследствие чего инкапсулирующие мосты различных фирм-поставщиков являются несовместимыми с мостами других фирм.

Транслирующие мосты, предлагаемые такими фирмами, как, например,Fiber-Corn Inc.,выполняют переадресацию данных методом, не зависящим от протоколов. Транслирующий мост берет пакет из ЛВС(Ethernet,к примеру) и Преобразует его в протоколFDDI. В пункте назначения второй мост преобразует протоколFDDI обратно в протокол исходной ЛВС (или другой протокол).


    продолжение
--PAGE_BREAK--Основные компоненты расширения ЛВС


Современные компьютерные сети состоят из не­скольких базовых компонентов:концентраторов (hubs),объединяющих компьютеры (ПК, рабочие станции, серверы) в локальные сети;мостов(bridges), расширяющих возможности локальных сетей по под­ключению большего числа компьютеров;маршрути­заторов(routers),объединяющих локальные сети, управляю­щих потоком данных и повышающих безопасность сетей. Вместе эти компоненты, каждый из которых разработан для эффективного решения определенной сетевой проблемы, создают полный ансамбль уст­ройств для построения сетей любого масштаба.
Концентраторы


Изначально локальная сеть предполагала применение кабеля, соединяющего между собой компьютеры. Кабель в этом случае выполняет роль своеобразного «эфира», который ком­пьютеры используют для передачи сообщений. МДС-адреса(media access addresses)в пакетах - порциях информации, передаваемых компьютерами, — опре­деляют источник и приемник этой информации. Со­общения, переданные «в эфир», слышат все компьютеры, а МАС-адреса позволяют им разобраться, кому эти сообщения предназначались. Никаких специаль­ных процедур по резервированию или подготовке канала к передаче не требуется — только «говори и слушай». Простота сетей, построенных на таком «ши­роковещательном» принципе, определила их повсе­местное распространение. Однако с ростом сети об­служивание ее усложняется (при необходимости под­ключить новый компьютер приходится проводить довольно сложные кабельно-монтажные работы), а надежность такой сети стремительно падает (локали­зация вышедшего из строя сегмента кабеля часто ока­зывается сложной, а порой и невыполнимой задачей).

Концентраторы, пришедшие на смену «общему» ка­белю, создали гораздо более гибкую и удобную основу для построения локальных сетей. Концентратор рабо­тает как «повторитель» (первый уровеньOSI-ìîäåëè), передавая сигнал, поступивший на один из портов, без изменения на остальные порты. Следовательно, каждый компьютер «слышит» весь трафик в сети, как если бы это была «широковещательная» сеть с общим кабелем. Все разъемные соединения оказываются сосредоточенны­ми в одном месте, упрощая тем самым подключение дополнительных рабочих мест в сеть.

Но концентраторы не решают проблему увеличе­ния полосы пропускания сети — с ростом количества компьютеров увеличивается и количество пакетов в «эфире», что ведет к росту коллизий (наложений па­кетов один на другой) и соответственно к замедлению работы сети в целом. Многосегментные концентра­торы помогают устранить «узкие места», расщепляя сеть на сегменты. Рабочие станции в рамках одного сегмента конкурируют между собой за общую среду передачи данных, не мешая станциям в другом сегмен­те. Таким образом, общая пропускная способность сети увеличивается практически кратно числу сегмен­тов. Поскольку каждый сегмент в многосегментном концентраторе является независимым, то для их сов­местной работы требуется мост, коммутатор или маршрутизатор для передачи пакетов из одного сег­мента в другой, что, в свою очередь, приводит к рос­ту накладных расходов — увеличивается стоимость подключения и время передачи пакета между сегмен­тами. Кроме того, возникает проблема конфигуриро­вания таких систем. Как наиболее оптимальным об­разом разбить станции по сегментам? Какие прило­жения предполагают подключение клиента и серве­ра в рамках одного сегмента? Кому задержка переда­чи данных через коммутатор или мост не повредит? Но к тому моменту, когда ответы на эти и подобные вопросы получены, в сети происходит еще что-ни­будь, что требует дополнительной переконфигурации сетевого оборудования. И поскольку все порты жес­тко привязаны к кабельной системе, работа админи­стратора сводится к бесконечным путешествиям к месту установки концентратора для проведения не­обходимой перекоммутации сети.
Конфигурируемые концентраторы
В этом смысле конфигурируемые концен­траторы значительно облегчают работу ад­министратора. Порты таких концентраторов назначаются различным сегментам программным путем. Благодаря этому администратор получает воз­можность перемещать порты между сегментами с системной консоли с помощью «мыши»; «захватил» порт мышкой, перенес его в другой сегмент— вот и вся работа.
Модульные концентраторы
Модульные концентраторы — это отдельные сетевые устройства (Ethernet- и Token Ring-концентраторы или серверы дистанционного доступа) в корпусах небольшого размера, которые можно устанавливать друг на друга на столе или в стойку. Каждый модульный блок может работать независимо или соединяться с другими общим кабелем — образуя при этом единый комплекс, которым можно управлять с одного рабочего места. В одной такой системе могут совмещаться устройства различных типов, например коммутаторы, маршрутизаторы и ATM-модули.

Модульные блоки по сравнению с выполненными на шасси имеют умеренную цену. Модульный концентратор с SNMP-управлением на 12 портов обойдется от 60 до 75 долл. за порт. Поскольку все изготовители предоставляют возможность использовать только один управляемый повторитель для каждой модульной системы, цена одного порта с ростом числа клиентов уменьшается. (Дл сравнения: шасси с конфигурацией на 300 портов стоит около 175 долл. за порт; автономный Ethernet-концентратор на 8 портов фирмы Kingston Technologies стоит примерно 30 долл. за порт и не содержит средств управления.)

Но почему бы просто не покупать для создания сети лучшие в своем классе устройства? Ответ: такой гетерогенный подход лишает вас централизованной платформы управления. Поскольку каждый изготовитель поставляет собственный пакет для управления, вам придется, чтобы извлечь максимум возможностей из каждого устройства, работать со всеми такими пакетами. В то же время модульные концентраторы представляют платформу, с которой вся система выглядит как единое целое. Каждый порт рассматривается и управляется как ее часть.

Устройства, выполненные на шасси, обеспечивают соединение концентраторных плат и управление ими с помощью общей соединительной панели. Некоторые изготовители шасси, например Bay Networks (Synoptics), используют для управления установленными на шасси концентраторами специальную шину управления. В модульных системах используется похожий, но не идентичный подход. Поскольку каждый концентратор может работать как автономное устройство, способ их соединения между собой зависит от предпочтений конструкторов.

Наращиваемые модульные системы — прекрасный вариант для небольших, средних и крупных сетей, особенно тех, которые работают с удаленными офисами или пользователями. Их низкая цена, универсальность и простота установки обеспечивают легкий путь модернизации и перехода к более крупным и быстродействующим сетям. Даже администраторы сетей с большими центрами, работающими с концентраторами на шасси, могут счесть модульные системы отличным способом заполнения «пробелов».


    продолжение
--PAGE_BREAK--Мосты


Все сети, за исключением самых крошечных, состоят из более чем одного сегмента. Делается это либо для достижения большей удаленности между ко­нечными станциями, либо для увеличения пропуск­ной способности сети. Чтобы компьютеры могли об­мениваться сообщениями так, как если бы они были соединены одним кабелем, сегменты, в которых на­ходятся компьютеры, соединяются друг с другом че­рез мосты или маршрутизаторы.


Мост состоит из аппаратных и программных средств, необходимых для связыва­ния в одну интерсеть двух отдельных ЛВС, или подсетей, расположенных в одным месте. Мост самого простого типа анализирует 48-битовое поле адреса пункта назначения пакета и сравнивает этот адрес с таблицей, в которой указаны адреса всех рабочих станций данного сегмента сети. Если адрес не соответствует ни одному из указанных в таблице, мост передает пакет в следующий сегмент. Эти простые мосты продолжают передавать пакеты, переход за переходом, до тех пор, пока они не достигнут сегмента сети, содержащей компьютер с указанным адресом пункта назначения. Мосты, участвующие в таком процессе анализа таблиц адресов и передачи пакетов, назы­ваются прозрачными мостами. Этот метод используется во всехEthernet-ìîñòàõ и в некоторых мостах в сетяхToken Ring.Принцип работы моста такого типа показан на рис.5.
<img width=«547» height=«616» src=«ref-1_409993145-2533.coolpic» v:shapes="_x0000_i1029">
Рис. 5  Простой прозрачный мост
Некоторые мосты создают собственные таблицы сетевых адресов. Такие мосты проверяют адрес отправителя и адрес получателя каждого пакета, передаваемого в те ЛВС, к которым они подключены. Затем они строят таблицы адресов, в которых перечисляются адреса отправителей пакетов их сети, Имеющих соответствующий этой сети номер. После этого мосты сверяют адреса получателей пакетов с адресами отправителей. Обнаружив совпадение, мост фильтрует пакет и посылает его По сети дальше; станция-адресат распознает свой адрес и копирует этот пакета свою память. Если совпадения нет, пакет продвигается, т.е. ему позволяется перемещаться через мост в следующий сегмент сети. Широковещательные и групповые пакеты прод­вигаются всегда, поскольку их поля адресов получателей никогда не используются как адреса отправителей.

Мосты «не понимают» протоколов более высокого уровня и не связаны с ними. Они функционируют на подуровне управления доступом к среде передачи(MAC) канального уровня моделиOSIи отстоят далеко от протоколов верхних уровней типа XNSиTCP/IP.Если обе сети соответствуют стандартам управления логическим каналомIEEE802.2,то мост может их связать независимо от различий в средах передачи и методах доступа. Как станет ясно из дальнейшего рассмотрения, это значит, что фирмы могут соединять мостами свои сетиEthernet,сетиToken Ringи ЛВС стандарта802.3, используя100BaseX Ethernetна витых парах класса передачи данных,10BaseT Ethernetна неэкранированных витых парах или тонкий коаксиаль­ный кабельcheapernet.


Назначение мостов



При проектировании сетей мосты являются необходимыми элементами, потому что с их помощью обеспечивается повышение эффективности, безопасности и дальности. Чаще всего мосты устанавливают в целях повышения эффективности. Мосты могут фильтровать пакеты согласно предварительно заданным критериям оптимизации, поэтому администратор сети может воспользоваться мостом для умень­шения перегрузки и повышения быстродействия: большая сеть делится на несколько подсетей, которые соединяются мостами. Две небольшие сети будут работать быстрее, чем одна большая, так как трафик локализуется в пределах подсети.

Поскольку работу больших сетейEthernetзамедляют конфликты, есть смысл строить более мелкие подсетиEthernetи реализовать такие службы, как электронная почта, с помощью мостов. Как известно, максимальная длина сетиEthernetравна 2,5 км. Кроме того, количество соседних сегментов сети не должно быть больще трех, чтобы не превысить задержку распространения9,6 мкс. Администраторы сетей и системные интеграторы обходят эти ограничения именно с помощью мостов.

В сетиToken Ringсо скоростью передачи4 Мбит/с количество рабочих станций ограничено 72-мя (если она построена на неэкранированных витых парах) или 270-ю (если используется экранированный кабельIBMтип1). Администраторы сетей могут обойти эти ограничения, сформировав небольшие подсети и соединив их мостами. Подсети меньших размеров работают более эффективно, они более просты в управ­лении и обслуживании.

Использование мостов приводит к повышению эффективности работы сети еще и потому, что разработчик может использовать разные топологии и среды передачи, а затем соединить эти сети посредством мостов. Например, если кабинеты в отделе соединены витыми парами, то мостом можно соединить эту сеть с корпоративной волоконно-оптической базовой магистралью. Поскольку витые пары гораздо дешевле волоконно-оптического кабеля, такая структура сети позволит сэкономить средства и повысить эффективность, так как в базовой магистрали, на которую приходится большая часть трафика, будет использоваться среда передачи с высокой пропускной способностью.

Мосты могут соединять две аналогичные сети с разными скоростями передачи. Например, для одного отдела, возможно, вполне хватит сетиStarLANсо скоростью передачи 1 Мбит/с стандарта802.3 на неэкранированных витых парах, тогда как дляопытного производства явно понадобится сеть10Base5на толстом коаксиальном кабеле со скоростью передачи10 Мбит/с. Мост буферизует пакеты, поэтому передка с его помощью пакетов между ЛВС с различными скоростями передачи не представ­ляет трудностей.                                             

Поскольку комитетIEEE802разработал для различных сетевых архитектур общий уровень управления логическим каналом, то существует возможность объе­динения, например, двух сетейToken Ring,разделенных ЛВСEthernetЛВСEthernet может пересылать пакеты так же, как почтальон может доставлять письма, написан­ные на иностранном языке, если конверты (пакеты) оформлены в соответствии с нормами и правилами, установленными стандартом.

Мосты прежде всего предназначены для повышения эффективности, однако их часто используют и в целях повышения безопасности. Мосты можно программиро­вать на передачу только тех пакетов, которые содержат определенные адреса отпра­вителя и получателя, чтобы ограничить круг рабочих станций, которые могут посылать и принимать информацию из другой подсети. В сети, обслуживающей бухгалтерский учет, например, можно поставить мост, который позволит принимать информацию лишь некоторым внешним станциям. Мосты можно использовать не только для создания защитного барьера, фильтрующего пакеты и предотвращающего несанкционированныйдоступ, но и в целях повышения отказоустойчивости системы. Когда выходит из строя единственный файловый сервер сети, прекращает работу вся сеть. Если же с помощью внутренних мостов связать два файловых сервера, которые будут постоянно подстраховывать друг друга, то, во-первых, возрастет безопасность, во-вторых, снизится уровень трафика.

Наконец, мосты позволяют увеличить дальность охвата сети. Поскольку мост ретранслирует пакет в широковещательном режиме на рабочие станции принимаю­щей сети, то он функционирует как повторитель. Тем самым расстояние, которое пакет может пройти без затухания сигнала, увеличивается. Часто мосты каскадируют, соединяя ЛВС последовательно (рис.3.2).
    продолжение
--PAGE_BREAK--Способы соединения ЛВСEthernetи ЛВСToken Ring



Сеть предприятия по своему определению связывает воедино все вычислительные ресурсы фирмы, в том числе ЛВСEthernetи ЛВСToken Ring.Например, в бухгал­терии сетьEthernetсоединяет персональные компьютеры, на которых работают программы типаWordPerfectиLotus1-2-3,с центральной машинойVAX,на которой работают специальные бухгалтерские программные средства разработки документов DEC.В других отделах используются сетиToken Ring.Что же в такой ситуации должны делать администратор сети и системный интегратор? Вы уже знаете о различиях в структуре кадра между двумя этими сетями и о существенных расхожде­ниях между методами остовного дерева и маршрутизации от источника.

Совершенно необходимо помнить, что существует значительное расхождение между понятиями связность(connectivity)и интероперабильность(interoperability). Связность означает возможность соединения двух сетей различной архитектуры и передачи данных по ним, тогда как интероперабильность обозначает способность каждой из сетей обрабатывать переданные в нее данные.

Иногда ничего, кроме связности, не требуется. Скажем,  в сети предприятия есть несколько сетейEthernetи сетьToken Ringсо скоростью передачи16 Мбит/с, служащая главным образом базовой магистралью, гигантским коммутатором. Не­смотря на различия кадров802.3 и802.5, уровеньMACу них общий. СетьToken Ring может передавать кадрыEthernetпо кольцу на мост, соединенный с другой сетью Ethernet.Кольцевая сеть не может «открыть» кадр и «прочесть» заключенные в нем данные, но она способна прочесть поля адреса источника и адресата. МостToken Ring-Ethernetобеспечивает в кольцевой сети маршрутизацию от источника, а в Ethernet-прозрачное мостовое соединение.

Сейчас есть мосты, которые могут вносить в кадр изменения, необходимые для преобразования форматаEthernet-êàäðà в формат кадра сетиToken Ring.Рабочие станции сетиToken Ring«видят» этот мост в сети как обычный. Рабочие станции в Ethernet,однако, рассматривают его как еще однуEthernet-ñòàíöèþ. Кадры, генери­руемые в сетиToken Ringи адресованные одной изEthernet-ñòàíöèé, посылаются на мост, где от них отделяется протокол управления логическим каналом(LLC).Затем они конвертируются вEthernet-êàäðû и передаются по сетиEthernet.

Кадры, посылаемые станциейEthernetна станциюToken Ring,должны пройти дополнительный этап. Мост производит поиск в своей таблице адресов и анализирует дополнительную информацию о маршрутизации, необходимую для передачи пакета в сетьToken Ring.

Одними из первых мостов, в которых были реализованы описанные выше функции, стали мостыToken-Ring— EthernetфирмыCrossComm.Это семейство поддерживает протоколы верхних уровней, включаяNetWare, TCP/IPиLLC-óðîâåíü стандарта802.3. Что касается сред передачи, то здесь используются толстые и тонкие коаксиальные кабели,Ethernetна витых парах,StarLANна витых парах, волоконно-оптическаяEthernetи волоконно-оптическаяToken Ring.Задача такого моста-выявлятьEthernet-ïàêåòû, в которых нет поля данных о маршрутизации от источни­ка, и вставлять это поле, чтобы пакеты могли двигаться по маркерно-кольцевой стороне моста. Реальное преобразование протоколов осуществляется по собственной технологии фирмыCrossComm,которая называется «режимом динамического кон­вертирования»(dynamic conversion mode technology).

Сетевой мост8209 фирмыIBMтакже может выполнять преобразование прото­коловEthernetв протоколы ЛВСToken Ring.Поскольку максимальные размеры кадра вEthernetиToken Ringсущественно различаются (соответственно1500 и около 5000 байтов), то мост8209, пользуясь частью маркерно-кольцевого протокола, «по­казывает» станции-источнику, что максимальный размер кадра для нее-1500 байтов. Меньший размер кадра означает дополнительные накладные расходы на пересылку файлов, поскольку требуется больше кадров.

Для рабочих станцийToken Ringмост8209 выглядит как мост с маршрутизацией от источника, посколькуEthernet-ñòàíöèè рассматривают все маркерно-кольцевые станции как станции этого жеEthernet-ñåãìåíòà. Поскольку при маршрутизации от источника используются избыточные параллельные мостовые соединения, а остовное дерево допускает наличие только одного пути, то мост8209 создает несколько соединений, однако ^ каждый данный момент времени только один путь может быть активным. Мост8209 работает в трех режимах:Token Ring-Ethernetверсии 2; Token Ring — ËÂÑ стандарта802.3; режим с определением типа ЛВС и последующим  переключением в режим1 или режим2.


    продолжение
--PAGE_BREAK--Маршрутизаторы


Маршрутизаторы во многом снимают многие проб­лемы, связанные с использованием мостов, создавая иерархическое объединение сетей. Все сетевое про­странство делится на подсети(subnetworks),охваты­вающие, в свою очередь, сегменты или группы сегмен­тов, построенных на основе мостов. Маршрутизаторы передают трафик между подсетями, обеспечивают трансляцию форматов пакетов, фильтрацию пакетов и усиливают защиту подсетей. Маршрутизаторы пере­дают пакеты, используя информацию сетевого уров­ня, а не МАС-адреса. Сетевой адрес имеет два раздела: адрес подсети и адрес конечной станции. Каждому сегменту сети или группе сегментов, объединенных мостами, приписан уникальный адрес подсети, а каж­дому устройству (компьютеру, маршрутизатору иò.ä.) в составе подсети — уникальный адрес устройства.

Основываясь на иерархических адресах, маршру­тизаторы обмениваются информацией о топологии сети, так что каждый маршрутизатор может вычис­лить путь до любой подсети. Причем администрато­ры сетей могут задавать различные критерии опти­мальности при выборе пути маршрутизатором, ска­жем, минимизировать стоимость или время прохож­дения пакета.

Благодаря тому, что маршрутизаторы работают на сетевом уровне, они могут выполнять и защитные функции(firewall),предупреждая «широковещание» МАС-адресов за пределы подсети. Кроме того, марш­рутизаторы используют сетевую информацию для

-обеспечения безопасности (маршрутизаторы могут работать, выполняя правила типа: «не допускать па­кеты сети¹3 в сеть №6»);

-управления каналами удаленного доступа («не пере­давать файлы по каналам в рабочее время»);

-повышения качества обслуживания («считать транз­акции более приоритетными, чем обмен файлами»). Большинство сетей представляют собой смесь раз­личных технологий-Ethernet, Token RingилиFDDI, кроме того, могут использоваться Х.25,FrameRelay или выделенные линии. Поэтому маршрутизаторы не только передают пакеты между сетями, но и выпол­няют роль конверторов, осуществляя трансляцию различных форматов пакетов. Более того, большин­ством сетей применяются маршрутизируемые (routable)и немаршрутизируемые(nonroutable)про­токолы. Такие протоколы, какIP, IPX, DECnet,явля­ются маршрутизируемыми, поскольку они использу­ют иерархическую систему адресации, тогда как, например, протоколLAT— только МАС-адреса. Та­ким образом, большинство современных маршрути­заторов поддерживают многопротокольную марш­рутизацию и одновременно обеспечивают функции прозрачного моста.

Благодаря структуризации и возможностям управ­ления «широковещательным» трафиком многопрото­кольные маршрутизаторы позволяют расширять сети далеко за пределы возможностей, предоставляемых мостами. Однако любое преимущество имеет свою цену — каждый порт маршрутизатора и каждая стан­ция в сети должны быть тщательно сконфигурирова­ны с корректными сетевыми адресами. Некорректные адреса могут привести к потере пакетов, циклическим путям и другим проблемам. Но справедливо и то, что в динамично развивающейся организации поддержи­вать конфигурацию сети так, чтобы все было абсолют­но корректно, практически невозможно. Поэтому в растущих сетях администрирование адресов стано­вится одним из самых труднопреодолимых барьеров.

Есть и еще одна проблема, связанная с использо­ванием маршрутизаторов: при передаче пакетов меж­ду сетями возникает временная задержка, а стоимость порта у маршрутизаторов значительно превосходит стоимость портов концентраторов.

Традиционные архитектурные решения


В настоящее время на сетевом рынке доминирует несколько архитектурных решений расширения локальных сетей. АрхитектураCollapsed backbone, выполняемая на основе центрального высокопроиз­водительного маршрутизатора, предпочтительна для организации локальной сети зданий.LAN-based distributed backboneприменяется для объединения локальных сетей зданий.Hybrid mesh
иstar distributedсети широко используются для органи­зации болоших локальных сетей.

Все современные архитектуры строятся вокруг традиционной модели локальной вычисли­тельной сети. Они обеспечивают недорогой и эффек­тивный транспорт для приложений «клиент/сервер» и совместной работы с существующими сетевыми операционными системами. Но популярность сетей привела к росту числа пользователей и более интен­сивному их использованию, одновременно появились и новые приложения, все это в целом породило не­обходимость в нечто большем, что традиционные ар­хитектуры обеспечить не могут.
Распределенная сетевая магистраль(Distributed backbone)


 Самой ранней формой построения межсетевых со­единений была архитектураDistributed backbone(рас­пределенная сетевая магистраль). При таком постро­ении сети концентраторы собирают все кабельные соединения по этажам, организуя там широковеща­тельные сети, а соединения между этажами строятся или по технологии локальной вычислительной сети, или на базе маршрутизаторов. Межэтажное соедине­ние может быть выполнено либо по той же техноло­гии, что и локальные сети этажей (скажем,10Base-T), либо по технологииFDDI, обеспечивающей скорость 100 Мбит/с.

Каждый сегмент сети представляет собой отдель­ную самостоятельную подсеть. При прохождении пакетов между сегментами они должны преодолеть как минимум один маршрутизатор. Следовательно, серверы могут быть разбросаны по зданию и подклю­чены к соответствующим сетевым сегментам так, что их основным пользователям не грозят задержки, вно­симые маршрутизаторами.

Основное преимущество такой архитектуры — на­дежность межсетевого обмена. Наличие большого числа маршрутизаторов обеспечивает при выходе из строя одного из них бесперебойную работу всех сег­ментов, за исключением непосредственно подклю­ченного к отказавшему маршрутизатору. Однако ар­хитектура распределенной сетевой магистрали ведет к снижению общей производительности сети. Так, при работе с данными, расположенными на сервере, подключенном к другому сегменту, клиент встретит на пути уже два маршрутизатора, что приведет к со­ответствующим потерям в скорости. Разброс марш­рутизаторов по зданию порождает сложности в об­служивании кабельной системы и переконфигурации сети.
    продолжение
--PAGE_BREAK--Сосредоточенная сетевая магистраль(Collapsed backbone)


 Сети с этой архитектурой устраняют некоторые не­достатки сетей с распределенной магистралью. Как и в предыдущем случае, локальные сети этажей (сегмен­ты) образованы концентраторами, обеспечивающи­ми их центральный мониторинг и управление. Все концентраторы подключены к единственному цент­ральному маршрутизатору. «Сосредоточение» маги­страли в одной точке создает удобную архитектуру для управления всей сетью и упрощает ее обслужива­ние. Задержки (латентность) при доступе к серверам уменьшаются, так как между клиентом и сервером никогда не стоит больше одного маршрутизатора. Кроме того, такое решение является более дешевым.

Максимум гибкости и управляемости достигается включением конфигурируемого концентратора (switching hub).Это позволяет объединять сегменты на разных этажах в общие подсети, вообще исключая задержки маршрутизации для некоторых приложе­ний, Серверы можно устанавливать в одном специаль­но приспособленном для этого месте без какой-либо потери производительности сети в целом. Благодаря применению конфигурируемого концентратора любой сервер может быть назначен любому сегменту, исключая задержку маршрутизации для определен­ных рабочих групп и/или приложений. Надежность сети достигается с помощьюhot-swap-ôóíêöèé (воз­можности «горячей замены») в центральных уст­ройствах— концентраторе и маршрутизаторе.
Гибридные межсетевые соединения(Hybrid backbones)


 АрхитектураCollapsed backbone(сосредоточенная сетевая магистраль) хороша для организации сети в рамках одного здания, но не подходит для организа­ции сети между зданиями. Даже если здания находятся совсем рядом, заводить все сегменты сети на один центральный узел представляется совершенно не­практичным, усложняются и кабельные работы и ужесточаются требования к центральным устройствам. Поэтому для организации компьютерной сети в рам­ках нескольких зданий предпочтительна гибридная архитектура. Межсетевые соединения в рамках гиб­ридной архитектуры чаще используют технологии ло­кальных сетей, чем коммутацию ячеек, так как такие сети проще проектировать и обслуживать. В принци­пе межсетевое соединение может быть реализовано по той же технологии, что и сами сегменты (скажем, 10Base-T),но с ростом сети трафик в межсетевом ка­нале будет увеличиваться и может превысить пропуск­ную способность этого канала. Именно поэтому для построения межсетевых соединенийстал применяться100 Мбит/сFDDI.Таким об­разом, гибридная архитектура представляет собой сосредоточенную сетевую магистраль(collapsed back­bone)на уровне здания и распределенную сетевую магистраль(distributed backbone)на уровне соедине­ния между зданиями.

Выделенные линии типа «точка-точ­ка»— наиболее часто применяемое соеди­нение при расширении ЛВС. Финансовые со­ображения нередко обусловливают низкие скорости передачи для таких соедине­ний— от56-64 Кбит/с до1,5-2,0 Мбит/с. Не менее распространена цифровая ком­мутируемая телефонная сетьISDNили сер­вис Х.25. Линии связи этих сетей исполь­зуются либо как резервные (на случай вы­хода из строя выделенной линии), либо как основные соединения (там, где позволяют соображения стоимости).

Недавно в качестве межсетевых соединений стали использоваться линииFrame Relayобщего пользова­ния. Спроектированные под современное цифровое оборудование, они обеспечивают большую пропуск­ную способность, чем Х.25, и могут быть дешевле вы­деленных линий.

Неважно, какой тип физических соединений лежит в основе построения расширенной локальной сети, маршрутиза­торы всегда выполняют две ключевые роли: трансли­руют форматы пакетов между сегментами или подсе­тями в локальных и предотвра­щают ненужное «широковещание» пакетов.


Ограничение роста


Растущее количество пользователей, более мощные настольные вычислительные системы и новое поко­ление приложений подвели возможности существу­ющих сетей к их пределу.

По всем направлениям — от локальных сетей ра­бочих групп до глобальных сетей- теперь требует­ся еще большая производительность и масштабируемость. Задержки при прохождении сети теперь тоже становятся критичными при исполнении, например, приложений мультимедиа. Однако существующие сети не были спроектированы для обеспечения тре­буемой производительности (пропускной способно­сти) и качества сервиса.

Сегментирование локальных сетей — основная тех­ника расширения сети с точки зрения увеличения пропускной способности сети. Сег­ментирование приводит к сокращению числа рабо­чих станций в сегменте и соответственно к снижению конкуренции между ними за использование общего канала. Крайним случаем может являться пример ис­пользования одной рабочей станции в каждом сегмен­те, называемом микросегментацией, или «собствен­ной» локальной сетью. При этом полоса пропускания в сегменте целиком и полностью принадлежит этой рабочей станции.

В рамках традиционных строительных блоков се­тей сегментация выглядит сложным и дорогим меро­приятием. Каждый сегмент сети является изолированной подсетью со своим уникальным адресом и заня­тым портом маршрутизатора. Однако в этом случае практически каждое перемещение, изменение или до­бавление компьютера в сеть влечет за собой утоми­тельную и длительную процедуру реконфигурации. Более того, порты маршрутизаторов проектируются для обслуживания большого числа конечных рабочих мест, и соответственно велика и стоимость этих пор­тов. Поэтому сегментация больших масштабов ведет к недопустимому увеличению стоимости на одно ра­бочее место.

Кроме того, сетевые магистрали(backbone)также нуждаются в большей пропускной способности, на­пример,10Base-Tможет быть заменена на100 Мбит/с FDDI,однако принципиально ситуацию это не меня­ет — остается все та же разделяемая среда, в которой фрагменты сетей конкурируют за полосу пропуска­ния. Рано или поздно, но пропускная способность этой магистрали достигнет предела.

И наконец, качество информационного обслужи­вания(Quality of Service).Современные приложения «клиент/сервер» испытывают всевозможные задерж­ки. Это учитывается при проектировании сетей-клиентов и серверы стараются поставить как можно ближе друг к другу, идеально на один и тот же сегмент сети, однако кроме местоположения сервера нет дру­гих способов контролировать задержки.

А ведь существует ряд приложений (видео являет­ся блестящей иллюстрацией тому), для которых до­пуски на задержку ограничиваются очень жесткими рамками и, что еще хуже, многие из них требуют со­единения типаpeer-to-peer,на пути которого могут находиться несколько маршрутизаторов. Каждый маршрутизатор вносит свою (как правило, непред­сказуемую) задержку, современные сети плохо при­способлены для выполнения приложений мультиме­диа, в то время как вполне сносно могут работать с традиционными приложениями.

Для решения новых задач и дальнейшего роста се­тей требуются новые строительные блоки. И как бу­дет показано далее, именно коммутация является ключевым фактором для обеспечения масштабируемости сети и требуемого качества обслуживания (Quality of Service).


    продолжение
--PAGE_BREAK--КоммутируемаяEthernet.
 

Просто заменив концентратор Ethernet на устройство, называемое коммутатором Ethernet, вы получите выделенный канал с пропускной способностью 10 Мбит/с на каждом порту коммутатора, сохранив при этом уже имеющиеся адаптеры ЛВС и разводку кабелей. Можно также приобрести коммутаторы со скоростными портами, которые будут обслуживать связи с сервером.

Первой концепцию коммутируемойEthernet-òåõíîëî­ãèè внедрила фирмаKalpana.За ней последовали другие фирмы, в частностиAlantec иArtel.Эта технология предусматривает разбиение большой сети на меньшие сегменты с соответственно меньшим числом пользователей в каждом сегменте, Каждый коммутационный порт отвечает за фильтрацию трафика, передаваемого в подключенный к нему сегмент. Если узел в одном сегменте передает сообщение узлу в другом сегменте, то порт пересылает сообщение в коммутационную систему и далее в соответствующий порт назначения. Коммутатор обеспечивает одновременные соединения между сегментами со скоростью10 Мбит/с.

В концепции фирмыKalpanaдля передачи пакетов используется не буферизо­ванная коммутация, а метод, известный как сквозная коммутация(cut-through).Порт коммутатора передает пакет в порт назначения сразу по прочтении адреса пункта назначения. Такой метод позволяет сократить до минимума время ожидания при передаче между портами. К недостаткам этого метода можно отнести конфликты пакетов и возможность прибытия в сегмент-адресат дефектных пакетов.

В большинстве других коммутаторов используется буферизованная коммутация. Этот метод предполагает наличие буфера. Пакет принимается в эту память, и его конечный порт назначения определяется микропроцессором и встроенными про­граммами по таблице адресов.

Но следует отметить, что коммутаторEthernetхорош только в качестве времен­ного решения, поскольку число его портов ограничено.
КоммутаторEthernet BayStack301


КоммутаторBayStack301располагает22 портами 10Base-T и2 портами10Base-T/100Base-ÒÕ и

-поддерживает максимум10,240 МАС-адресов с быст­рой памятью(Content Addressable Memory-CAM) на1,024 адреса;

-коммутация фреймов осуществляется по принципу Store-and-Forwardдля минимизации использования полосы пропускания сети;

-максимальная пропускная способность коммутато­ра -250.000 пакетов в секунду(pps)при пересче­те на пакетыEthernetминимальной длины;

-производительность по пересылке пакетов на порт для 10Base-T — 14880ppsи145 000 pps äëÿ100Base-TX;

-поддерживает до24 виртуальных сетей(VLAN)на коммутатор или однуVLAN на порт;

-есть возможность «зеркалирования» портов, что крайне важно при анализе коммутируемого трафика внешнимRMON-àíàëèçàòîðîì(RMON probe);

-на передней панели коммутатора выполнен свето­диодный индикатор, отображающий состояние ком­мутатора в реальном времени;

-BootPиTFTPподдерживают централизованное назна­чение параметров загрузки и удаленное обновление системного программного обеспечения коммутатора;

-конфигурационный порт позволяет редактировать конфигурацию устройства с помощью терминала или через модем;

-программаSpeedView Liteобеспечивает улучшенное SNMP-óïðàâëåíèå устройством;

-поддержка сетевого управления программойOptivity начинается с версийEnterprise7.1иCampus6.1;

-коммутатор может устанавливаться в стандартную 19-дюймовую стойку, занимая при этом минимум стоечного пространства. КоммутаторBayStack301выполняет коммутацию на втором уровне моделиOSLБлагодаря идентично­сти форматов кадров10Base-T и100Base-TX не тре­буется никакой трансляции пакетов между портами, что определяет низкую латентность (внутреннюю задержку) данного устройства.

Одной из ключевых функций коммутатора сегмен­товEthernetявляется сведение трафика сегментов в сетевой центр. Из-за различий в необходимой поло­се пропускания приложений и постоянном измене­нии полосы пропускания каналов подключения на­стольных систем ключевым свойством коммутатора является гибкость. Ее обеспечивает модульный ком­мутаторBayStack28200.
Модульный коммутаторBayStack28200


Располагая4 посадочными местами для включения модулей, модульный коммутатор позволяет наращи­вать количество сегментов в соответствии с устанав­ливаемыми в него модулями (модули2 х100Base-TX, 2 х100Base-FX,8x10Base-T, 4x10Base-FLмогут устанав­ливаться в шасси в любом сочетании). При этом пор­ты коммутатора могут работать как в режиме«Half-duplex»,так и в режиме«Full-duplex».Специальный модуль позволяет объединять до7 коммутаторов в стек, обеспечивая тем самым очень хорошую масштабируемость решений на базе28200. Кроме того, для подключения к оптическим магистралямFDDI в ком­мутатор может быть установлен модульFDDI двойно­го размера, что позволяет врезать в магистралиFDDI традиционныйEthernet.


    продолжение
--PAGE_BREAK--