| Главная | Главная по Компьютерным сетям |
|
http://seticom-video.narod.ru
ВИДЕО-ФОТО-съёмка |
Предыдущая | Оглавление | Следующая
Часть III Выбор глобальной сети
Глава 11. Выбор глобальной сети
В последнее время возможность доступа к глобальной сети рассматривается как нечто само собой разумеющееся. Большинство пользователей (и даже некоторые администраторы локальных сетей) не знает, что именно находится по другую сторону маршрутизатора, связывающего их с глобальной сетью. Если глобальная сеть была тщательно спроектирована, должным образом развернута и в настоящий момент корректно функционирует, вскоре она будет рассматриваться как данность.
К сожалению, глобальные сети вовсе не так просты, как это может показаться. Для разработки безупречного проекта глобальной сети необходимо досконально разбираться в различных способах передачи данных, типах маршрутизаторов, протоколах маршрутизации и топологической структуре объединяемых локальных сетей. В этой главе будут рассмотрены все аспекты проектирования глобальных сетей. Читатель узнает о преимуществах и недостатках всех существующих технологий и топологий глобальных сетей.
Требования к компонентам глобальной сети
Выбор «корректной» глобальной сети невозможен без набора определенных критериев, которые позволяют судить о производительности сети. Очевидно, если производительность глобальной сети не отвечает предъявляемым ей требованиям, проект сети был разработан неправильно. Следовательно, для выбора типа глобальной сети прежде всего необходимо сформулировать подходящие критерии. С их помощью можно будет выбрать необходимые сетевые технологии, определить предполагаемый трафик и оптимизировать топографическую структуру глобальной сети.
Определение критериев
Переоценить важность определения соответствующих критериев невозможно. Однако эта задача относится к числу тех, которые легко сформулировать, но очень трудно осуществить на практике. Например, всем потенциальным пользователям глобальной сети следует присвоить имена. Одновременно возникает необходимость определить их точное количество в каждой географической области. Но это еще не все. Достаточно сложно оценить интенсивность использования каждым пользователем полосы пропускания. Основываясь на своем опыте, авторы могут с уверенностью заявить, что аппетиты пользователей будут расти до тех пор, пока им не придет счет за услуги. Специалисты по сетям, напротив, руководствуются каким-то непонятным законом физики, согласно которому вся доступная полоса пропускания любой ширины будет немедленно израсходована.
Для оценки предполагаемых параметров полосы пропускания необходимо выяснить все нюансы работы пользователей. Если предполагается воспользоваться уже существующей инфраструктурой, например, Х.25, асинхронными сетями или даже модемами, все эти ресурсы могут оказаться неоценимым источником информации. Отслеживая их состояние можно оценивать следующие параметры
n Тип сеанса соединения (например, интенсивная передача данных, обработка интерактивных транзакций, доступ к ресурсам Web, видеоконференции и т.п.)
n Интенсивность использования
n Время максимальной нагрузки
n Максимальный объем трафика
n Средняя продолжительность сеансов соединения
n Среднее количество байтов, переданных за сеанс
n Перечень ресурсов, к которым чаще всего обращаются группы пользователей
ПРИМЕЧАНИЕ
Применительно к сетевым технологиям термин «байт» стараются не употреблять. Но в данном случае это понятие может оказаться вполне уместным, поскольку большинство сотрудников, вынужденных в силу своих функциональных обязанностей заниматься обработкой данных, привыкло мыслить в байтах, а не в октетах. Использование знакомых терминов позволит скоординировать усилия сотрудников, обслуживающих сеть и обрабатывающих данные.
Без этой жизненно важной информации невозможно корректно сформулировать критерии соответствия пропускной способности глобальной сети предполагаемым объемам трафика. Одновременно анализируя полученные данные, можно выяснить временные и количественные параметры трафика. Не менее важно определить необходимую полосу пропускания для каждого канала сети.
Следует отметить, что при сборе данных необходимо учитывать специфику использования сети. Совершенно необходимо знать, будет ли вся полоса пропускания зарезервирована под интенсивную передачу данных или же будет выделена под обслуживание интерактивной видеоконференции. Изменится ли эта ситуация в ближайшем будущем? Упомянутые режимы функционирования выдвигают совершенно противоположные требования к производительности сети. Интенсивная передача данных предполагает обеспечение целостности принимаемых данных - допускаются задержки в доставке пакетов. На время обслуживания интерактивной видеоконференции основное внимание уделяется своевременной доставке пакетов. Опоздавшие пакеты, равно как и поврежденные, игнорируются. Можно сделать вывод, что требования к производительности глобальной сети в значительной степени влияют на процесс ее разработки.
Не менее важно определить предполагаемый объем суммарного трафика. Этот критерий не будет решающим, сформулировать его практически невозможно, но все же постарайтесь. К сожалению, сбор вышеупомянутых данных представляет собой нелегкую задачу, на которую придется потратить много времени и сил. Зачастую предположения выглядят весьма заманчиво, а на практике заменяются менее приятными фактами.
В обязательном порядке следует определить параметры локальных сетей, которые будут объединены в глобальную сеть. Необходимо получить данные о:
n типе и производительности каждой локальной сети
n количестве пользователей, подключенных к локальной сети
n количестве хост-компьютеров, подключенных к локальной сети
n возможностях несанкционированного доступа
n маршрутизируемом протоколе (например, IP, IPX и т.д.)
n количестве подключенных маршрутизаторов и протоколов маршрутизации
n схеме адресации Internet
Эта информация должна быть получена от каждого пользователя или группы пользователей, которые будут пользоваться глобальной сетью. Располагая необходимым набором данных, ответственный за правильный выбор типа глобальной сети специалист сможет, наконец, вплотную заняться двумя основными вопросами - технологией и топологией сетей. Каждый из аспектов предоставляет множество возможностей для конструирования глобальных сетей в соответствии с требованиями набора приложений-клиентов.
Технология
Понятие технология глобальной сети включает в себя следующие аспекты:
n Каналы передачи данных (transmission facilities)
n Модули обслуживания канала (CSU - Channel Service Units) и цифровые сервисные блоки (Digital Service Units - DSU)
n Краевые устройства типа маршрутизаторов и коммутаторов
n Адресацию Internet
n Протоколы маршрутизации
Необходимо определить соответствие параметров каждой из этих технологий предполагаемому трафику и требованиям к производительности глобальной сети.
Каналы передачи данных
Разработчику предоставлен широкий набор физических средств передачи данных, параметры которых в значительной степени отличаются. Например, пропускная способность двухточечного частного канала может варьироваться в пределах от 9.6 Кбит/с до 44.476 Мбит/с (и даже выше). Такие каналы поддерживают цифровой поток данных, характеризуемый фиксированной предопределенной скоростью. Они могут быть реализованы в различных физических средах соединений (в качестве примера можно привести витую пару или волоконно-оптический кабель). Отдельного упоминания заслуживает поддержка разнообразных форматов кадров.
Рассматриваемые средства передачи разительно отличаются способами установления соединений. Можно выделить две основные категории линий связи - с коммутацией каналов и с коммутацией пакетов. Одновременно следует отметить, что существуют новейшие разработки, в которых грань между методами коммутации уже несколько стирается. Все упомянутые технологии будут кратко описаны в этой главе, что облегчит выбор определенного типа глобальной сети.
Коммутируемые каналы
Коммутация каналов позволяет создавать между двумя конечными станциями выделенные маршруты следования данных. Хорошим примером использования коммутации каналов является телефонная сеть. Каждая станция имеет право установить через центральный коммутатор выделенное соединение с любой другой станцией.
Частные линии
Стандартной линией связи с коммутацией каналов считается выделенная двухточечная частная линия. Подобные линии различными способами выделяются из местной телефонной сети (Local Exchange Carrier - LEC). Они могут быть аналоговыми или цифровыми, поддерживать скорость передачи данных до 1.544 Мбит/с (канал типа DS-1) или 44.476 Мбит /с (канал типа DS-3), использовать электрические или световые сигналы. Допускается разделение общей полосы пропускания на дробные (fractional) каналы, например, с пропускной способностью 9.6 Кбит/с.
ПРИМЕЧАНИЕ
Термины DS-1 и DS-3 относятся исключительно к спецификациям форматов передачи данных консультативного комитета по международной телеграфной и телефонной связи (CCITT). Зачастую их путают и некорректно используют вместо более привычных терминов Т1 и ТЗ. Термины с префиксом «Т» относятся исключительно к физическим линиям связи (physical transmission facility).
Рассматриваемые линии связи устанавливают между двумя точками выделенное соединение с базовой полосой пропускания.
Линии ISDN
Технология ISDN (Integrated Services Digital Network) поддерживает возможность установления соединения по запросу с помощью технологии цифровой коммутации, что позволяет одновременно передавать голосовую информацию и цифровые данные по одному физическому соединению. Такая цифровая сеть может использовать интерфейсы базовой (Basic Rate Interface - BRI) и номинальной (Primary Rate Interface - PRI) скорости передачи данных.
Интерфейс BRI обеспечивает скорость передачи 144 Кбит/с способом, известным под названием 2B+D. Аббревиатура 2В свидетельствует о наличии двух В-каналов по 64 Кбит/с каждый, которые вместе образуют одно логическое соединение с пропускной способностью 128 Кбит/с. D-канал 16 Кбит/с используется для передачи служебной информации, в частности, вызовов процедур настройки, освобождения ресурсов и т.д.
Интерфейсы PRI используются в линиях типа DS-1 и поддерживают высокую скорость передачи данных 1.544 Мбит/с. Обычно вся полоса пропускания делится на двадцать три В-канала по 64 Кбит/с и один D-канал с такой же пропускной способностью. В качестве альтернативы (совместно с В- и D-каналами или вместо них) может использоваться высокоскоростной Н-канал, поддерживающий скорости передачи данных 384 Кбит/с, 1536 Кбит/с и 1920 Кбит/с.
ПРИМЕЧАНИЕ
Каналы типа НЗ, поддерживающие скорость 1920 Кбит/с, доступны лишь в Европе, где стандартная скорость передачи составляет 2.084 Мбит/с. В США, Канаде и Японии стандартной считается скорость 1.544 Мбит/с. Любая попытка организовать канал НЗ на линии, пропускная способность которой ограничена 1.544 Мбит/с, заранее обречена на неудачу.
Хотя с технической точки зрения сеть ISDN использует линии с коммутацией каналов, в ее спецификациях оговаривается возможность поддержки как коммутации пакетов, так и полупостоянных соединений.
Линии связи с коммутацией пакетов
Для инкапсуляции передаваемых данных в каналах с коммутацией пакетов используется внешний формат пакетов. Пакеты пересылаются через коммерческую сеть с коммутацией пакетов (packet-switched network - PSN) способом, не требующим установления логического соединения. Наглядно проиллюстрировать принципы коммутации пакетов можно на примере хорошо известной сети Х.25.
Ретрансляция кадров
Методика ретрансляции кадров, проиллюстрированная на рисунке 11.1, является более быстрой версией процедуры коммутации пакетов в сетях Х.25 и характеризуется небольшими размерами пакетов и менее строгими алгоритмами контроля целостности данных. Эта методика поддерживает передачу пакетов лишь по постоянным виртуальным каналам (permanent virtual circuit - PVC) между конечными маршрутизаторами сети. Конечные точки виртуальных каналов однозначно определяются с помощью уникальных идентификаторов каналов передачи данных (Data Link Connection Identifier - DLCI). От количества конечных точек в сети с ретрансляцией кадров зависит согласованная скорость передачи информации (committed information rate - CIR).
Методика ретрансляции кадров требует установления логических соединений между парами каналов. Для каждой пары выделяется минимальный фрагмент полосы пропускания, который можно будет расширить в случае необходимости.
Глобальные сети с ретрансляцией кадров разворачиваются путем проведения двухточечной частной линии к ближайшей телефонной станции, предоставляющей подобные услуги. Будучи во многом схожими с обычными аналоговыми коммутаторами городской телефонной сети, коммутаторы ретрансляции кадров остаются незаметными для пользователей и их приложений.
РИСУНОК 11.1. Ретрансляция кадров предполагает использование виртуальных каналов.
Основным преимуществом методики ретрансляции кадров является снижение стоимости объединения географически распределенных локальных сетей путем минимизации длины межсетевых соединений. Каналы обладают пропускной способностью 1.544 Мбит/с, но переход на согласованную скорость передачи (CIR) позволяет устанавливать между несколькими сетями логические соединения с более низкой скоростью передачи. Асинхронный режим передачи (ATM) Стандарт ATM разрабатывался с целью создания механизма передачи данных в асинхронном режиме для широкополосных каналов ISDN. Впоследствии оказалось, что этот режим, отличающийся минимальным временем задержки и высокой скоростью передачи, идеально подходит для использования в локальных сетях. Тщательно продуманная рекламная кампания окончательно закрепила за этим стандартом репутацию технологии локальных сетей, не говоря уже о возможностях его применения в глобальных сетях. Используя технологию сотовой коммутации, асинхронный режим передачи поддерживает пропускную способность 1.544Мбит/с (DS-1) или 44.476 Мбит/с (DS-3). Тем не менее скорость передачи данных в значительной степени зависит от географического расположения объектов.
Оконечное оборудование пользователя
На стороне пользователя устанавливается соответствующее оконечное оборудование (Customer Premise Equipment - CPE). В зависимости от типа канала к рассматриваемому оборудованию может относиться несколько различных устройств.
Линии связи с коммутацией каналов требуют использования модулей обслуживания канала и/или цифровых сервисных блоков. К оконечному оборудованию обработки данных (Customer premise data communications equipment) относятся устройства, находящиеся на концах дробных и цифровых каналов.
Линии связи с коммутацией пакетов требуют использования эквивалентных устройств, способных собирать и разбирать пакеты. Подобные устройства называют пакетными адаптерами (PAD).
Оконечные устройства
Маршрутизаторы обычно используются для объединения удаленных локальных сетей в глобальную. Чаще всего они играют роль граничного устройства, объединяющего локальные и глобальные сети, но иногда применяются в качестве устройства сегментации локальной сети.
Адресация Internet
Необходимо подробно рассмотреть схему адресации Internet (относящуюся к третьему уровню справочной модели OSI), к которой вы наверняка вернетесь в дальнейшей работе с глобальными сетями. Присваиваемые адреса позволяют хост-компьютерам различных подсетей обмениваться данными в пределах одной глобальной сети. Следовательно, приступая к выбору глобальной сети, необходимо обратить внимание на этот немаловажный аспект.
Теоретически можно допустить, что в том случае, если глобальная сеть не подключена к Internet, то присвоение произвольных адресов никоим образом не скажется на ее функционировании. Это в корне неверно! В глобальной сети следует использовать лишь официальные, зарегистрированные адреса, что позволит избежать проблем, связанных с необходимостью использования адресов Internet в пределах глобальной сети, и одновременно исключит возможность присвоения одинаковых адресов.
Адреса будут определяться непосредственно протоколом маршрутизации глобальной сети (как то IPV4, IPV6, IPX или Apple Talk). Каждое из них использует уникальную схему адресации. Следовательно, от выбора протокола зависит возможная адресная иерархии.
Если глобальная сеть объединяет несколько сетей с различными протоколами маршрутизации, на границе области каждого протокола придется поставить шлюз (шлюзовой маршрутизатор), на который будут возложены задачи вычисления маршрутов, пересылки служебной информации и преобразования форматов кадров.
Более подробные сведения о схеме адресации Internet можно найти главе 4, «Стеки межсетевых протоколов».
Протоколы маршрутизации
Протоколы динамической маршрутизации используются маршрутизатором для выполнения трех основных функций:
n Открытия новых маршрутов
n Уведомления других маршрутизаторов об открытых маршрутах
n Пересылки пакетов по этим маршрутам
Существует три основных типа протоколов динамической маршрутизации: с анализом состояния канала, дистанционно-векторные и гибридные. Основное их различие заключается в способе выполнения первых двух или всех трех вышеупомянутых функций. Единственной альтернативой динамической маршрутизации является статическая.
Дистанционно-векторная маршрутизация
В соответствии с алгоритмом дистанционно-векторной маршрутизации Бельмона-Форда (Bellman-Ford) непосредственным соседям по сети периодически пересылаются копии маршрутных таблиц. Каждый получатель, в свою очередь, добавляет к таблице собственный вектор расстояния и отсылает ее своим соседям. Таблицы распространяются между соседствующими маршрутизаторами по всем возможным направлениям.
Описанный итерационный процесс предоставляет каждому маршрутизатору возможность получать информацию от всех остальных и постепенно накапливать данные о сетевых расстояниях. Например, одним из самых распространенных протоколов дистанционно-векторной маршрутизации является протокол маршрутной информации RIP. Для определения оптимального пути протокол использует две основные размерности. В первом случае анализируется предполагаемое время прохождения пакета, измеренное в тактах, во втором - та же величина, но уже измеренная в пролетах.
ПРИМЕЧАНИЕ Сетевые расстояния являются эфемерным понятием. Они могут быть представлены в различных размерностях и не ограничены физическими расстояниями. Общая таблица расстояний используется для обновления таблиц всех маршрутизаторов. После заполнения общей таблицы каждый маршрутизатор располагает смутными сведениями о расстояниях до сетевых ресурсов и не имеет данных об особенностях соседних устройств и действительной топологии сети. В определенных ситуациях такой подход создавал реальные проблемы для дистанционно-векторных протоколов. Например, после возникновения сбоя маршрутизаторы тратили некоторое время на «осмысление» новой сетевой топологии. Во время таких переходных процессов в таблицы могут попасть противоречивые сведения, что отрицательно скажется на своевременности доставки данных. Существует множество различных способов защиты от таких ситуаций, но факт остается фактом - во время переходного процесса производительность сети находится под угрозой. Следовательно, старые протоколы, которые дольше «осмысливают» изменения, не имеют права на использование в больших и сложных глобальных сетях.
Маршрутизация с анализом состояния каналов
Алгоритмы маршрутизации с анализом состояния каналов, известные под названием протоколов поиска кратчайшего пути (Shortest Path First - SPF), обрабатывают сложную базу данных сетевой топологии. В отличие от протоколов дистанционно-векторной маршрутизации эти протоколы пытаются обрабатывать все сведения о сетевых маршрутизаторах, включая и способы их взаимодействия.
Для этого все непосредственно соединенные маршрутизаторы обмениваются пакетами состояния каналов (Link State Packets - LSP). Каждый маршрутизатор, участвующий в обмене пакетами LSP, создает собственную топологическую базу данных, используя при этом данные всех полученных пакетов LSP. С помощью алгоритма SPF вычисляется оптимальный способ доступа к получателю. Эта информация затем используется для обновления таблиц маршрутизации. Данный алгоритм в состоянии адекватно реагировать на все изменения в сетевой топологии, вызванные сбоями ее компонентов или расширением сети. Следует отметить, что процедура обмена LSP инициируется после каждого события в сети, а не только с заранее заданной периодичностью.
Маршрутизация с анализом состояния каналов имеет два потенциальных недостатка. Во-первых, на время начального процесса открытия путей большая часть полосы пропускания оказывается занятой служебным трафиком, что негативно сказывается на производительности сети. Хотя снижение производительности носит временный характер, пользователи сразу же почувствуют это.
Во-вторых, алгоритмы маршрутизации с анализом состояния каналов чрезвычайно требовательны к объему оперативной памяти и производительности процессора. Поэтому использование маршрутизаторов, анализирующих состояние каналов, связано с дополнительными расходами.
Гибридная маршрутизация
Итак, остался неосвещенным еще один, последний метод маршрутизации - гибридизация (hybridization). Несмотря на то, что «открытый» сбалансированный гибридный протокол используется уже давно, все авторские права на этот метод до сих пор считаются частной собственностью компании Cisco System, Inc. В гибридных протоколах осуществляется попытка совместить достоинства двух протоколов маршрутизации: дистанционно-векторных и с анализом состояния каналов, избежав при этом присущих им недостатков.
В сбалансированном гибридном протоколе используются те же метрики, что и в дистанционно-векторных протоколах, но более продуктивно. Изменения в топологии сети анализируются быстрее, при этом полоса пропускания не заполняется служебной информацией, что характерно для протоколов с анализом состояния каналов. Процедура обновления таблиц в гибридных протоколах инициируется не периодично, а только после определенных событий. В результате полоса пропускания почти полностью предоставлена реальным приложениям.
Статическая маршрутизация
Маршрутизаторы, функционирующие в статическом режиме, отсылают пакеты из заранее определенных портов. После настройки они не предпринимают никаких попыток открыть новые маршруты или обменяться данными с другими маршрутизаторами. Их роль в данном случае сводится лишь к отправке пакетов получателям.
Следует заметить, что использование статической маршрутизации целесообразно лишь в небольших сетях, в которых к любому устройству существует единственный оптимальный путь. В таких случаях рассматриваемый метод маршрутизации может оказаться наиболее эффективным, поскольку полоса пропускания не будет использоваться для поиска новых маршрутов или общения с другими маршрутизаторами.
По мере роста сети и появления новых избыточных маршрутов статическая маршрутизация становится все менее эффективной. Любые изменения в конфигурации глобальной сети приходится программировать вручную. В глобальных сетях сложных топологий, предоставляющих множество потенциальных маршрутов, целесообразно использовать динамическую маршрутизацию. Все попытки применять в таких сетях статические методы маршрутизации заранее обречены на неудачу из-за избыточного количества возможных маршрутов.
Топология
Топология описывает способ упорядочения линий связи. При выборе топологии следует учитывать ее стоимость, производительность и возможность расширения.
Одноранговая топология
Одноранговая сеть (peer-to-peer network), проиллюстрированная на рисунке 11.2, может быть развернута с помощью выделенных частных каналов или любых других линий связи.
Одноранговая глобальная сеть разворачивается на двухточечных линиях связи, которые простым способом соединяют небольшое количество узлов.
РИСУНОК 11.2. Одноранговая глобальная сеть.
Рассматриваемая топология часто оказывается единственным разумным решением для глобальных сетей, объединяющих ограниченное количество локальных сетей. Поскольку между каждыми двумя объектами в данной топологии существует единственная связь, можно применять статическую маршрутизацию.
К сожалению, одноранговые глобальные сети обладают двумя существенными недостатками. Во-первых, возможности расширения такой архитектуры оставляют желать лучшего. С ростом количества узлов будет возрастать количество пролетов между локальными сетями. Во-вторых, одноранговые сети болезненно реагируют на отказы устройств. Выход из строя оборудования или самой линии связи в состоянии разбить сеть на две части. В зависимости от интенсивности трафика и типа маршрутизации такое событие может сказаться на функциональности всей глобальной сети.
Кольцевая топология После добавления к маршрутизаторам еще одного порта и прокладки дополнительной линии связи одноранговая сеть преобразуется в кольцевую (см. рис. 11.3). Минимальные дополнительные вложения позволяют открыть новые пути следования данных и подготовить почву для перехода на протоколы динамической маршрутизации, которые автоматически адаптируются ко всем изменениям в конфигурации глобальной сети.
Кольцевая глобальная сеть, развернутая на двухточечных линиях связи, может быть использована для объединения небольшого количества узлов и создания избыточных путей с минимальными дополнительными затратами.
Кольцевая топология также не лишена недостатков. Во-первых, в зависимости от географического распределения локальных сетей разводка новых линий связи может оказаться весьма дорогим мероприятием. В таких случаях вместо выделенных линий целесообразно использовать алгоритмы ретрансляции кадров.
Второй существенный недостаток связан с возможностями расширения сети. Ввод в состав глобальной сети дополнительных объектов явно увеличивает количество пролетов, которые должны пройти данные по пути к адресату. Этот аддитивный процесс напрямую связан с необходимостью поддержки новых каналов. Вернемся к рисунку 11.3. Ввод в состав глобальной сети нового устройства X, расположенного в непосредственной близости от узлов С и D, связан с необходимостью разрыва связи между ними. В результате появится два новых канала: один от узла С к X, другой от узла D к X.
Учитывая перечисленные недостатки, можно сделать вывод, что данную топологию целесообразно использовать для объединения небольшого количества узлов.
Звездообразная топология Одним из вариантом одноранговой топологии является звездообразная. Название довольно удачное (см. рис. 11.4). Эта топология может быть реализована на любых выделенных каналах, включая линии ретрансляции кадров и двухточечные частные линии.
РИСУНОК 11.3. Глобальная сеть кольцевой топологии.
РИСУНОК 11.4. Глобальная сеть звездообразной топологии.
Глобальную сеть звездообразной топологи с двухточечными линиями связи гораздо проще расширить по сравнению с одноранговыми или кольцевыми сетями. Для того чтобы добраться до адресата, данным достаточно пройти два пролета.
Вводя в состав сети концентрационный маршрутизатор, объединяющий все остальные, звездообразная топология пытается решить проблемы расширения, свойственные одноранговой сети. Следует заметить, что эти попытки оказываются успешными только при умеренном росте количества маршрутизаторов, портов маршрутизаторов и каналов связи, сравнимом с одноранговой сетью сопоставимого размера. Сравнивая рисунки 11.3 и 11.4, можно сделать вывод, что по сравнению с кольцевой звездообразная топология характеризуется меньшим количеством линий связи.
Значительным недостатком такого подхода является существование единственного уязвимого к отказам звена, выход которого из строя влечет за собой прекращение работы всей глобальной сети. Этим звеном, если судить по рисунку 11.3, является концентратор, расположенный в центре звезды.
Полная сетка Топология «полная сетка» (full mesh) характеризуется исключительной надежностью и отказоустойчивостью (см. рис. 11.5). В данном случае абсолютно все узлы оказываются непосредственно соединены друг с другом. Сети такой топологии (иногда их называют ячеистыми или узловыми) могут быть развернуты практически на любых выделенных линиях связи. Сеть ячеистой топологии легко узнать по соединениям между всеми узлами сети. Такой подход абсолютно минимизирует количество пролетов между любыми двумя машинами. К его недостаткам можно отнести высокие затраты на проводку и ограниченную расширяемость сети. Надежность ячеистой сети обходится недешево. Установление соединений между всеми узлами требует значительно большего количества линий связи и портов маршрутизаторов, чем в какой-либо другой топологии. Дополнить такую сеть новыми узлами практически невозможно. Следовательно, топологии полной сетки являются утопической идеей с ограниченным практическим применением.
РИСУНОК 11.5. Топология «полная сетка».
Тем не менее даже настолько экзотическая топология может оказаться полезной в тех случаях, когда необходимо установить надежные соединения между маршрутизаторами, обрабатывающими основной трафик сети. Еще одним потенциальным применением может быть развертывание «ячеистой сетки» лишь в некоторых фрагментах глобальной сети, например, в «магистрали» многоуровневой сети или тесно взаимосвязанных рабочих центров.
Частичная сетка
Вовсе необязательно разворачивать ячеистую топологию в полном объеме. Частичная сетка (см. рис. 11.6) представляет собой чрезвычайно гибкую топологию, поддерживающую различные конфигурации. Для описания топологии частичной сетки (partial mesh) достаточно сказать, что по сравнению с основными топологиями между маршрутизаторами существует больше связей, но не так много, как в топологии полной сетки.
Глобальные сети топологии «частичная сетка» можно легко определить по соединениям, установленным почти между всеми парами узлов.
Частичные сетки позволяют уменьшить количество пролетов между большинством узлов глобальной сети. В отличие от топологии «полная сетка в данном случае существует возможность снизить затраты на развертывание и обслуживание глобальной сети путем установления единичных соединений с сегментами с низким трафиком. В результате стоимость глобальной сети снижается и одновременно появляется возможность ее расширения.
Двухуровневая топология
Двухуровневая (two-tiered) топология является модифицированной версией стандартной звездообразной. Вместо одного концентратора-маршрутизатора используется два и больше. Это позволяет бороться с уязвимостью звездообразной топологии и одновременно пользоваться ее эффективностью и возможностями расширения.
РИСУНОК 11.6. Глобальная сеть топологии «частичная сетка».
На рисунке 11.7 представлена стандартная глобальная сеть двухуровневой топологии. В самом худшем случае количество пролетов возрастает на единицу вследствие появления дополнительного концентратора-маршрутизатора (или магистрального маршрутизатора). Тем не менее, в отличие от представленной на рисунке 11.3 одноранговой сети, с появлением новых узлов количество пролетов не увеличивается.
Развернутая на выделенных линиях связи глобальная сеть двухуровневой топологии обладает повышенной отказоустойчивостью по сравнению с обычной звездообразной и одновременно предоставляет все возможности для расширения.
Эта топология может быть реализована в различных вариантах, незначительно отличающихся между собой количеством концентраторов-маршрутизаторов и способом их соединения. Использование трех и более концентраторов-маршрутизаторов связано с необходимостью выбора подтопологии для уровня концентраторов. Эти маршрутизаторы могут образовывать полную или частичную сетку либо соединяться в одноранговую структуру.
Вне зависимости от выбранной подтопологии иерархические многоуровневые топологии функционируют оптимальным образом лишь в случае выполнения некоторых условий. Во-первых, концентрирующий уровень маршрутизаторов должен соответствовать своему названию. Это означает, что такие устройства не должны использоваться для непосредственного соединения узлов. Во-вторых, пользовательские маршрутизаторы должны взаимодействовать исключительно с узлами концентраторов и ни в коем случае не с одноранговыми маршрутизаторами. В-третьих, соединения между пользовательскими и концентрирующими маршрутизаторами не должны устанавливаться случайным образом - этот вопрос необходимо рассматривать очень тщательно. В зависимости от географического расположения пользователей и используемых линий связи следует располагать узлы концентраторов таким образом, чтобы минимизировать расстояния до пользователей.
Если учесть, что один или более маршрутизаторов приходится выделять для задач агрегирования, реализация данной топологии обходится в копеечку. Наиболее целесообразно использовать ее в крупных компаниях.
РИСУНОК 11.7. Глобальная сеть двухуровневой топологии.
Трехуровневая топология
Для глобальных сетей, объединяющих большое количество узлов или использующих маршрутизаторы с ограниченным числом портов, возможностей расширения двухуровневой топологии может оказаться недостаточно. Введение дополнительного третьего уровня может решить эту проблему (см. рис. 11.8).
Развернутые на выделенных линиях глобальные сети трехуровневой топологии обладают еще большей отказоустойчивостью и возможностями расширения по сравнению с двухуровневой топологией.
Развертывание, настройка и обслуживание такой топологии обходится недешево. Целесообразно использовать их лишь для объединения большого количества узлов. Было бы глупо не развернуть «полную сетку» на самом высоком, магистральном уровне сети подобного масштаба.
Гибридная топология
Гибридизация нескольких топологий оказывается наиболее эффективной в больших сложных сетях. Такой подход позволяет привести глобальную сеть в соответствие объемам трафика вместо того, чтобы пытаться перераспределить потоки данных в жесткой топологической модели.
Многоуровневые сети, в частности, явно тяготеют к гибридизации. Как уже упоминалось выше, многоуровневая топология может быть создана в результате развертывания «полной сетки» на магистральном уровне маршрутизаторов (см. рис. 11.9).
РИСУНОК 11.8. Глобальная сеть трехуровневой топологии.
РИСУНОК 11.9. Глобальная сеть многоуровневой гибридной топологии.
Эффективная гибридная топология может быть создана в многоуровневой глобальной сети путем развертывания «полной сетки» только на уровне магистральных узлов. Это позволяет повысить отказоустойчивость магистрали и минимизировать количество пролетов, сохранив одновременно возможности расширения сети и различные затраты на прежнем уровне.
Установление максимально возможного количества соединений между магистральными узлами многоуровневой глобальной сети представляет собой лишь одну из разновидностей гибридной топологии. Другие гибриды могут оказаться не менее эффективными. Остается лишь подобрать удачную комбинацию топологий и подтопологий, которая сможет удовлетворить вашим требованиям к производительности и надежности сети.
Большие многоуровневые глобальные сети
Для глобальных многоуровневых сетей среднего и большого размера характерен общий недостаток - некорректный подход к анализу характеристик сети со стороны администраторов. Свойственное сетям большого размера это неприятное событие может произойти в любой компании, все мероприятия по обслуживанию сети которой планировались исключительно с точки зрения производительности. Производительность является достаточно заманчивой для обслуживающего персонала характеристикой, поскольку может быть определена с помощью несложных методик. К сожалению, анализ этой характеристики без здравой доли недоверия может привести к совершенно неожиданным результатам.
Как правило, интенсивное использование данной характеристики вынуждает менеджеров сокращать расходы на обслуживание сети. Для многоуровневой сети это означает возможность использования самого дешевого способа соединения всех пользовательских узлов с магистралью. Поскольку стоимость линий связи в глобальной сети оценивается с точки зрения протяженности и пропускной способности, сокращение их протяженности позволит снизить стоимость сети. Следовательно, уровневая топология, в которой пользовательское оборудование подсоединено к ближайшему маршрутизатору, представляет собой оптимальное решение.
При разработке глобальной сети в обязательном порядке следует учитывать соотношения стоимость/производительность для всех типов трафика, а не для отдельно взятого сеанса соединения или пользователя. Поскольку географическое расположение пользователей крайне редко является оптимальным, попытки использовать такой подход "в лоб" приведут к снижению производительности системы. В первую очередь это связано с увеличением количества пролетов в большинстве маршрутов. Следовательно, общий трафик будет искусственно завышен.
На рисунке 11.10 приведена схема трехуровневой двухточечной глобальной сети с продублированными соединениями, которая наглядно иллюстрирует недостатки рассмотренного подхода. Способ доступа к уровню концентраторов определяется исключительно географическим расположением пользователей. В результате эксплуатационные расходы снижаются, но одновременно наблюдается эффект увеличения объема трафика.
Мы стали свидетелями того, как оптимальное с точки зрения администратора решение увеличило трафик всей глобальной сети. Самое интересное заключается в том, что снизившаяся производительность заставит увеличить расходы на эксплуатацию сети. Однако если администратор будет продолжать использовать некорректную характеристику, он еще долго даже не будет догадываться о потенциальных проблемах. Стратегия снижения стоимости будет свидетельствовать о возможности использования географически распределенной сети в качестве связанной с наименьшими затратами модели, хотя на самом деле затраты будут только увеличиваться.
В этом заключается явный конфликт с исходным предназначением глобальной сети! Последние не предполагают предоставления ограниченных функциональных возможностей за минимальную стоимость. Напротив, такие сети предназначены для поддержки процессов обработки данных в крупных компаниях. Поэтому основной характеристикой оценки эффективности глобальной сети следует считать уровень поддержки приложений и клиентов компании. Во время разработки сетей следует ориентироваться на предоставление максимального количества необходимых услуг, а не на сокращение эксплуатационных расходов.
После выбора соответствующего критерия оценки производительности сети можно рассматривать и более эффективные топологии. Одной из них является многоуровневая топология с учетом потока трафика (multi-tiered trafic flow model).
Многоуровневая топология с учетом потока трафика
Выходом из затруднительного положения, проиллюстрированного на рисунке 11.10, является многоуровневая топология, обрабатывающая общий поток трафика. Каждой группе пользователей (или нескольким группам) в зависимости от предполагаемого трафика может быть выделен маршрутизатор на уровне концентраторов. Данная топология отражает распределение объемов трафика в сети.
РИСУНОК 11.10. Трехуровневая двухточечная глобальная сеть.
Если учесть тот факт, что стоимость подавляющего большинства линий связи прямо пропорциональна их протяженности, было бы нелогично увеличивать расходы на соединение пользовательского оборудования с уровнем концентраторов.
Однако общая стоимость развертывания сети снизится, поскольку учитывающая поток трафика топология (см. рис. 11.11) минимизирует нагрузку на сеть во всех сеансах соединений. Обратите внимание, что такой подход целесообразно использовать только в очень больших сетях с уровневой архитектурой. Вполне возможно реализовать данную топологию в двухуровневых глобальных сетях, но все ее преимущества раскрываются только в больших трехуровневых сетях.
На рисунке 11.11 показана многоуровневая глобальная сеть, учитывающая поток трафика. Такой подход позволяет снизить стоимость линий связи путем достижения оптимальной производительности. Это достигается за счет распределения линий связи не по географическому принципу, а в зависимости от предполагаемых объемов трафика. Корректная реализация этой топологии несет преимущества всем пользователям глобальной сети, а не только избранным счастливчикам. Это достигается за счет снижения объемов магистрального трафика до абсолютного минимума.
Резюме
Рассмотренные в этой главе топологии могут быть реализованы с помощью практически любой комбинации сетевых технологий. Мы не будем останавливаться на подробном анализе характеристик оборудования различных изготовителей. Корректный выбор типа глобальной сети представляет собой намного более сложный процесс, чем обычный подбор надлежащего оборудования и топологии. Этот процесс в обязательном порядке должен начинаться с анализа требований к производительности всей сети. Бесполезно выбирать потенциальные технологии и топологии без тщательного анализа.
Следующий шаг при выборе типа глобальной сети требует осмысления преимуществ и недостатков каждой топологии и технологии. Он должен быть совмещен с оценкой совместимости потенциальных технологий. Не следует игнорировать и другие факторы: уже развернутая инфраструктура, финансовые ограничения, необходимые навыки, стоимость обучения и даже возможность расширения и предполагаемый срок использования каждой технологии.
РИСУНОК 11.11. Многоуровневая глобальная сеть с учетом потока трафика.
Наконец, все технологические компоненты должны соответствовать топологии сети. Например, использование протокола RIP в большой многоуровневой сети с интенсивным трафиком вряд ли положительным образом скажется на ее производительности.
Все принятые на стадии проектирования решения оказывают непосредственное влияние на функциональные возможности сети. Эти последствия должны быть проанализированы настолько же тщательно, как и требования пользователей к производительности. Например, немаловажным фактором является определение пропускной способности каждого канала передачи данных глобальной сети. Возможные последствия некорректного решения несложно предугадать. Каналы требуют расходов на обслуживание, объем которых зависит от протяженности и пропускной способности. Выбор дешевых линий связи позволит сэкономить некоторые средства, но отрицательно скажется на производительности сети. Выбор слишком производительных каналов неоправдан с финансовой точки зрения. Идеальным решением было бы несколько округлить необходимую пропускную способность в большую сторону.
В последнюю очередь рассматриваются перспективы глобальной сети. Спроектированная должным образом сеть будет удовлетворять требованиям пользователей не только в первый день функционирования. Структура сети должна быть в достаточной степени здравой и гибкой для того, чтобы успевать за технологическими новинками, увеличением объемов трафика и расширением сообщества пользователей.
Не забывайте, что основным предназначением глобальной сети является предоставление информационных услуг в сфере бизнеса. Следовательно, ее эффективность следует оценивать с точки зрения потенциальной выгоды, а не с точки зрения необходимых вложений. Рассматривая возможные топологические и технологические решения, имейте это в виду. Проявляйте творческий подход. По возможности используйте комбинированные решения. Основным критерием оценки эффективности сети остается ее соответствие требованиям пользователей.
Предыдущая | Оглавление | Следующая
| Главная | Главная по Компьютерным сетям |