Корпоративные сети

Отсутствие стандартного резервирования на уровне повторителей также мало ограничивает построения отказоустойчивых магистралей - поддержка коммутаторами алгоритма SpanningTree позволяет автоматически переходить с основной отказавшей связи на резервную.

Основными двумя факторами, сдерживающими применение технологии FastEthernet на магистралях, являются:

• широкое использование в настоящее время для этой цели технологии FDDI;
• отсутствие у технологии FastEthernet средств поддержки трафика реального времени.

Поэтому, если эти факторы не относятся к вашей сети, то ее магистраль можно успешно строить и на коммутируемой технологии FastEthernet, особенно на ее полнодуплексной версии. Правда при этом все равно остаются нерешенными некоторые проблемы, присущие сети, построенной на коммутаторах.

Большая часть производителей коммуникационного оборудования для локальных сетей поддерживают технологию FastEthernet во всем спектре своих изделий - сетевых адаптерах, повторителях, коммутаторах и маршрутизаторах.

Наиболее распространенный тип физического интерфейса - 100Base-TX, а интерфейсы 100Base-T4 распространены в меньшей степени (по прогнозам компании SMC, внесшей большой вклад в разработку этой версии физического уровня, доля оборудования T4, которое может работать на обычной витой паре категории 3, составит в недалеком будущем 25% от всего рынка оборудования FastEthernet). Интерфейсы 100Base-FX часто поддерживаются не непосредственно, а через интерфейс MII и соответствующий оптоволоконный трансивер.

Стоимость технологии FastEthernet при использовании разделяемой среды передачи данных составляет около $100 - $160 на узел (стоимость сетевого адаптера и порта концентратора), что приближает эту технологию к классическому 10 Мегабитному Ethernet'у по стоимости.

2.1.1.3. Переход Ethernet на гигабитные скорости

Достаточно быстро после появления на рынке продуктов FastEthernet сетевые интеграторы и администраторы почувствовали определенные ограничения при построении корпоративных сетей на базе этих двух технологий. Во многих случаях серверы, подключенные по 100-Мегабитному каналу, перегружали магистрали сетей, работающие также на скорости 100 Мб/c - магистрали FDDI и FastEthernet. Ощущалась потребность в следующем уровне иерархии скоростей. В 1995 году более высокий уровень скорости могли предоставить только коммутаторы АТМ, а при отсутствии в то время удобных средств миграции этой технологии в локальные сети (хотя спецификация LANEmulation - LANE, была принята в начале 1995 года, практическая ее реализация была впереди) внедрять их в локальную сеть почти никто не решался.

Поэтому логичным выглядел следующий шаг, сделанный IEEE - через 5 месяцев после окончательного принятия стандарта FastEthernet в июне 1995 исследовательской группе по изучению высокоскоростных технологий IEEE было предписано заняться изучением возможности выработки стандарта Ethernet с еще более высокой битовой скоростью.

Летом 1996 было объявлено о создании группы 802.3z для разработки протокола, максимально подобного Ethernet, но с битовой скоростью 1000 Мб/c. Как и в случае FastEthernet, сообщение было воспринято сторонниками Ethernet с большим энтузиазмом, а лагерь приверженцев технологии АТМ это сообщение насторожило.

Основной причиной энтузиазма была перспектива такого же плавного перевода магистралей сетей на GigabitEthernet, подобно тому, как были переведены на FastEthernet перегруженные сегменты Ethernet, расположенные на нижних уровнях иерархии сети.

Образованный для согласования усилий в этой области GigabitEthernetAlliance сразу же включал таких флагманов отрасли как BayNtworks, CiscoSystems и 3Com. За год своего существования GigabitEthernetAlliance существенно вырос и насчитывает сейчас более 100 членов.

Основная идея разработчиков стандарта GigabitEthernet состоит в максимальном сохранении идей классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости в 1000 Мб/с. GigabitEthernet также как и его менее скоростные собратья не будет на уровне протокола поддерживать:

• качество обслуживания;
• избыточные связи;
• тестирование работоспособности узлов и оборудования (в последнем случае - за исключением тестирования связи порти - порт, как это делается для Ethernet и FastEthernet).

По-прежнему будут существовать полудуплексная версия протокола, поддерживающая метод доступа CSMA/CD, и полнодуплексная версия, работающая с коммутаторами.

Основные проблемы, которые решают разработчики стандарта GigabitEthernet, сосредоточены в следующих областях:

• В связи с ограничениями, накладываемыми методом CSMA/CD на длину кабеля, версия GigabitEthernet для разделяемой среды допускала бы длину сегмента всего в 25 метров. Так как существует большое количество применений, когда нужно повысить диаметр сегмента хотя бы до 100 метров, то сейчас предпринимаются усилия по использованию всего потенциала современных технологий для преодоления "врожденного" ограничения метода CSMA/CD.

Одно из предложений состоит в расширении минимального размера кадра с 64 до 512 байт. Если поле данных состоит из меньшего количества байт, то кадр дополняется до 512 байт служебными символами. Такой подход позволяет увеличить диаметр сети до 100 м, но снижает полезную пропускную способность сети.

Второе предложение основано на применении для соединения узлов в сегмент буферизующего полнодуплексного повторителя. Такой повторитель разрешает станциям работать со своими портами по полнодуплексной схеме, снимая реализацию метода доступа CSMA/CD с сетевых адаптеров компьютеров. Однако, повторитель по прежнему реализует разделяемую среду в 2 Гб/c за счет применения алгоритма CSMA/CD к кадрам, поступившим в буфер порта. Такой подход позволяет строить связи между узлом и повторителем той же длины, что и в случае использования коммутатора. Сам же полнодуплексный повторитель оказывается дешевле коммутатора, так как его внутренняя производительность должна составлять всего 2 Гб/c вместо N/2x2 Гб/c при построении коммутатора с N портами GigabitEthernet. Полнодуплексный повторитель позволяет соединять сегменты GigabitEthernet с сегментами Ethernet и FastEthernet.

• Достижение битовой скорости 1000 Мб/c на основных типах кабелей. Даже для оптоволокна достижение такой скорости представляет некоторые проблемы, так как технология FibreChannel, физический уровень которой был взят за основу для оптоволоконной версии GigabitEthernet, обеспечивает скорость передачи данных всего в 800 Мб/c (битовая скорость на линии равна в этом случае примерно 1000 Мб/c, но при методе кодирования 8B/10B полезная битовая скорость на 20% меньше скорости на линии). Разработчики стандарта считают, что на многомодовом оптоволокне им удастся обеспечить расстояние между узлами для полнодуплексного режима работы в 550 м, а для одномодового волокна - до 3000 м.
• Поддержку кабеля на витой паре. Отдельный комитет 802.3ab был создан для разработки стандарта GigabitEthernet на витой паре 5 категории. У председателя группы 802.3z Говарда Фрэйзера, специалиста из компании Cisco, есть оптимизм относительно возможностей техники кодирования при использовании всех четырех пар кабеля категории 5. При использовании всех четырех пар (это возможно при отказе от применения алгоритма CSMA/CD на отрезке сети между конечным узлом и повторителем или же при работе с коммутатором) задача все равно остается непростой, так как по каждой паре нужно передать данные со скоростью 250 Мб/c - максимальная скорость работы на витой паре категории 5 в 155 Мб/c достигается в настоящее время технологией АТМ. Так что задача чрезвычайно непростая. Использование же двух пар витой пары категории 6 вызывает сомнения - экранирование при скорости передачи по одной 1000 Мб/c необходимо как средство защиты людей от вредного излучения, а экранирование связано с решением проблем заземления, часто весьма сложных, кроме того, стоимость кабельной системы на экранированной витой паре категории 6 будет сравнима со стоимостью оптоволоконной кабельной системы.

Первый проект стандарта GigabitEthernet был представлен на рассмотрение группы 802.3z в январе 1997 года, а окончательное принятие ожидается в начале 1998 года.

GigabitEthernetAlliance предполагает, что стоимость одного порта концентратора GigabitEthernet в 1998 году составит от $920 до $1400, а стоимость одного порта коммутатора GigabitEthernet составит от $1850 до $2800.

Как и в случае с FastEthernet, оборудование GigabitEthernet появилось на рынке задолго до окончательного принятия стандарта. 13 компаний производили летом 1997 года коммутаторы GigabitEthernet, 3 компании - концентраторы GigabitEthernet, 6 - сетевые адаптеры GigabitEthernet. Небольшое количество моделей концентраторов GigabitEthernet связано с трудностями реализации этой технологии на разделяемой среде. Коммутаторы на оптоволокне реализовать проще - для этого нужно взять микросхемы FibreChannel, разогнать их до тактовой скорости 1.2 Ггц и снабдить устройство коммутирующим ядром достаточной производительности.

Для технологии GigabitVG предлагается реализовать скорость 500 Мб/с для витой пары и 1 Гб/с для оптоволокна. Предельные расстояния между узлами ожидаются следующие: для витой пары - 100 м, для многомодового оптоволокна - 500 м и для одномодового оптоволокна - 2 км.

2.1.2. Технология 100VG-AnyLAN - улучшенное качество обслуживания за ту же стоимость

В качестве альтернативы технологии FastEthernet фирмы AT&T и HP выдвинули проект новой недорогой технологии со скоростью передачи данных 100 Мб/с - 100Base-VG (VoiceGrade - технология, способная работать на кабеле категории 3, предназначенном первоначально для передачи голоса). В этом проекте было предложено усовершенствовать метод доступа с учетом потребности мультимедийных приложений, а для формата пакета сохранить совместимость с форматом пакета сетей 802.3. В сентябре 1993 года по инициативе фирм IBM и HP был образован комитет IEEE 802.12, который занялся стандартизацией новой технологии. Проект был расширен за счет поддержки в одной сети кадров не только формата Ethernet, но и формата TokenRing. В результате новая технология получила название 100VG-AnyLAN, то есть технология для любых сетей, где под любыми сетями понимаются сети Ethernet и TokenRing.

Летом 1995 года технология 100VG-AnyLAN получила статус стандарта IEEE 802.12.

В технологии 100VG-AnyLAN определен новый метод доступа DemandPriority с двумя уровнями приоритетов - для обычных приложений и для мультимедийных, а также новая схема квартетного кодирования QuartetCoding, использующая избыточный код 5В/6В, и позволяющая передавать по каждой из 4-х пар категории 3 данные с полезной скоростью 25 Мб/c.

Пропускная способность и качество обслуживания

Метод доступа DemandPriority основан на передаче концентратору функций арбитра, решающего проблему доступа к разделяемой среде. Концентратор отличается от обычных повторителей за счет того, что он изучает адреса присоединенных к нему узлов (в момент физического подключения) и поэтому не передает принятый от узла кадр на все порты, а только на тот, на который нужно. Среда по-прежнему разделяемая, так как концентратор за один цикл опроса портов принимает в свой буфер только один кадр - от приоритетного порта или же при равных приоритетах от первого по порядку. Однако, некоторые этапы работы с разными узлами совмещаются во времени, и за счет этого ускоряется передача кадров.

Работа сети 100VG-AnyLAN не дает гарантий приложениям по поддержанию для них определенного качества обслуживания, как это делает технология АТМ. Приоритеты только уменьшают задержки трафика реального времени, но это сервис по принципу besteffort, то есть обслуживание "по возможности" лучшее, но без каких-либо количественных гарантий.

Метод DemandPriority повышает коэффициент использования пропускной способности сети - до 95% по утверждению компании Hewlett-Packard.

Используемые кабельные системы и максимальный диаметр сети

Отсутствие требования распознавания коллизий позволяет без проблем строить протяженные сегменты сети без коммутаторов, только на концентраторах - до 2-х километров между узлами на оптоволокне и до 100 метров на витой паре.

Общий диаметр сети, построенной на концентраторах, может составлять при использовании многомодового оптоволокна до 5000 м.

Связь, соединяющая концентратор и узел, может быть образована:

• 4 парами неэкранированной витой пары категорий 3,4 или 5 (4-UTPCat 3,4,5);
• 2 парами неэкранированной витой пары категории 5 (2-UTPCat 5);
• 2 парами экранированной витой пары типа 1 (2-STPType 1);
• 2 парами многомодового оптоволоконного кабеля.

Хотя могут использоваться любые варианты кабельной системы, наиболее распространен вариант 4-UTP, который был разработан первым, кроме того, его популярность объясняется тем, что он работает на витой паре категории 3, установленной во многих существующих локальных сетях.

Совместимость с существующими локальными сетями

Сегменты 100VG-AnyLAN достаточно просто могут быть внедрены в существующие сети. Каждый концентратор может быть сконфигурирован на поддержку либо кадров 802.3 Ethernet либо кадров 802.5 TokenRing. Все концентраторы, расположенные в одном и том же логическом сегменте (не разделенном мостами, коммутаторами или маршрутизаторами), должны быть сконфигурированы на поддержку кадров одного типа. Для связи сегмента 100G-AnyLAN сегментами Ethernet или TokenRing нужно использовать коммутатор или маршрутизатор, так как частота передачи бит и способ их кодирования отличаются, и концентратор не может справиться с такими проблемами. Коммутатор может достаточно быстро передавать кадры из сегмента 100VG-AnyLAN в сегмент традиционной технологии и обратно, так как трансляция формата кадра и пересчет контрольной суммы не требуется.

Перспективы и области применения 100VG-AnyLAN

Технология 100VG-AnyLAN имеет меньшую популярность среди производителей коммуникационного оборудования, чем конкурирующее предложение - технология FastEthernet. Компании, которые не поддерживают технологию 100VG-AnyLAN, объясняют это тем, что для большинства сегодняшних приложений и сетей достаточно возможностей технологии FastEthernet, которая не так заметно отличается от привычной большинству пользователей технологии Ethernet. В более далекой перспективе эти производители предлагают использовать для мультимедийных приложений технологию АТМ, или же GigabitEthernet, а не 100VG-AnyLAN.

Тем не менее, число сторонников технологии 100VG-AnyLAN растет и насчитывает около 30 компаний. Среди них находятся не только копании Hewlett-Packard и IBM, но и такие лидеры как CiscoSystems, Cabletron, D-Link и другие. Все эти компании поддерживают обе конкурирующие технологии в своих продуктах, выпуская модули с портами как FastEthernet, так и 100VG-AnyLAN.

Наиболее очевидным случаем применения технологии 100VG-AnyLAN является модернизируемые сети TokenRing. Технология TokenRing широко используется на протяжении многих компанией IBM и некоторыми другими (Madge, Thomas-Conrad) для построения сегментов локальных сетей, решающих ответственные бизнес-задачи. Эта технология популярна в западных банках, использующих мейнфреймы и миникомпьютеры производства IBM, и многих других отраслях бизнеса. Кроме мощной поддержки компанией IBM, популярность TokenRing объясняется наличием у нее встроенных в протокол (и, соответственно, в оборудование и сетевые адаптеры) процедур самотестирования сети, не таких развитых как у FDDI, но тем не менее позволяющих обнаружить источник неисправности кольца.

Однако, перспектив дальнейшего развития у технологии TokenRing практически нет - это признают многие ведущие специалисты (смотрите заметки Ника Липписа "TheTokenRingTrap" в февральском номере DataCommunications и Робина Лейланда "TimetoMoveOnThePriceofEthernetSwitching" в июльском номере того же журнала). Предел скорости в 16 Мб/c не дает возможности масштабирования производительности сетей TokenRing в широких масштабах, а сеть, построенная на коммутаторах TokenRing может оказаться дороже сети, построенной на концентраторах и коммутаторах FastEthernet. В примере, рассмотренном в статье Робина Лейланда, сравнивается стоимость коммутируемой сети TokenRing и коммутируемой сети Ethernet/FastEthernet/GigabitEthernet для сети 7-этажного здания. Этот пример более подробно рассмотрен в разделе 2.2.4, а здесь приведем только окончательные результаты - общая стоимость полностью коммутируемой сети TokenRing составила $415 625, в то время как иерархически построенная сеть Ethernet/FastEthernet/GigabitEthernet "потянула" всего лишь на $270 000.

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12