Сегментация с использованием мостов, коммутирующих хабов, маршрутизаторов - и даже серверов и программного обеспечения - позволяет образовать из разделенных таким образом одноранговых сетей более совершенный союз.
ВЫЖИВАЕТ САМЫЙ ПРИСПОСОБЛЕННЫЙ
Подобно 13 колониям, которые превратились в разрастающиеся Соединенные Штаты Америки, одноранговые (peer-to-peer) сети сегодня переписывают историю заново. Эти сети, место которым когда-то отводилось только в средах мелкого масштаба, теперь обживают и более крупные инсталляции. Успех системы LANtastic компании Artisoft (Tucson, AZ) - и признание жизнеспособности подобных сетей столь же серьезными игроками, как Novell и Microsoft, - распахивает перед одноранговой моделью дверь в такие среды.
ПРЕДЕЛЬНАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
Производительность сети может падать вследствие огромного количества причин. Возникновение ситуации, когда уровень нагрузки начинает оказывать пагубное воздействие на систему, зависит от числа узлов и функций, этими узлами выполняемых. Сеть с большим числом узлов, каждый из которых выполняет относительно ограниченное число связанных с сетью функций, вероятно, будет подвержена наименьшему воздействию. Однако, если сразу несколько узлов устанавливают по сети доступ к большой базе данных и обращаются к ней с запросами, то вопрос производительности выходит на первый план.
В типичной (10 Мбит/с) сети Ethernet с заданной скоростью может быть передано только ограниченное количество данных. Но более важен тот момент, когда пропускная способность начинает падать. Вследствие особенностей технологии Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection (CSMA/CD - Множественный доступ с опознанием несущей и обнаружением коллизий) это происходит раньше, чем можно было бы ожидать. И по мере того как число узлов увеличивается, вероятность коллизий тоже растет.
Один из возможных путей снижения перегрузок - сегментация. Этот метод предполагает разделение сети на части (сегменты), благодаря чему снижается трафик, приходящийся на каждый из сегментов. При необходимости трафик передается от одного сегмента к другому, в то время как трафик между узлами, принадлежащими одному сегменту, остается локальным.
Впрочем, определение подходящего типа сегментации для своей сети и ее адекватная реализация могут оказаться весьма непростой задачей. Верное решение даст существенное увеличение производитель- ности. С другой стороны, "правильное" решение проблемы, понятой неверно, может привести к еще большему снижению производительности - не говоря уже о значительных расходах.
Одноранговые сети предлагают высокий уровень гибкости в рассредоточении прикладных программ и данных по невыделенным серверам. Поскольку большинство одноранговых сетей поддерживают также и модель клиент-сервер, сегментация для них может оказаться более трудной задачей, чем для собственно клиент-серверных сетей.
В клиент-серверной сети проблемы производительности обычно упираются в сервер, который обрабатывает запросы многочисленных клиентов. "Бутылочное горлышко" сервера оказывается узким местом и в одноранговой сети. Впрочем, так как прикладные программы и данные зачастую распределены между несколькими серверами, сетевой трафик может стать источником пробок задолго до того, как им станет сервер. Если на сервер падает большая нагрузка (например, он отвечает за резервное копирование), то решение состоит в наращивании производительности сервера или добавлении второго сервера для разделения нагрузки. Если трудность заключена в большом трафике, то ответ - в сегментации сети.
УБЕДИМСЯ В ПОДЛИННОСТИ
Наилучшим образом сегментированная одноранговая сеть представляет собой смесь равноправных узлов, рабочих станций и выделенных серверов. Первый шаг в ее создании должен состоять в уточнении того, является ли сеть в чистом виде одноранговой, в которой каждый узел функционирует как сервер и рабочая станция одновременно, или комбинацией равноправных узлов и выделенных серверов.
Например, LANtastic компании Artisoft считается одноранговой сетью, но ее сетевая ОС включает программу Alone, которая позволяет любому узлу функционировать в качестве выделенного сервера. А программный продукт CorStream Server этой компании, обладая теми же возможностями, обеспечивает совместимость с платформой NetWare 4.x. Другие узлы в сети LANtastic можно сконфигурировать только как рабочие станции. Это означает, что они имеют доступ к совместно используемым ресурсам других серверов, но не могут предоставить для совместного использования свои собственные ресурсы.
Windows 95 компании Microsoft будет иметь черты одноранговой сети, подобной Windows for Workgroups. Компания намеревается использовать новый продукт в качестве стандартной одноранговой платформы, в то время как Windows NT Server займет место высокопроизводительного сервера. Особенности одноранговой системы присущи и другому продукту Microsoft - Windows NT Workstation.
ДИАГНОЗ: УТЕЧКА ДАННЫХ
Прежде чем взяться за излечение сети посредством сегментации, следует убедиться, что виной снижения производительности действительно является возросший трафик. С одной стороны, гибкость одноранговой сети затрудняет определение причин перегрузки: виноват ли в ней сам сервер или возросший объем трафика в сети; но, с другой стороны, эта же самая гибкость способствует проведению эталонного тестирования, что позволяет выявить причину перегрузки.
Один из наиболее простых способов выяснить, позволит ли сегментация справиться с задачей, - провести эталонное тестирование на сервере, который обычно не используется для "тяжелых" сетевых приложений. Тестирование должно включать характерные для рабочей станции операции по передаче данных к соответствующему серверу и от него. Можно включить такие задачи, как копирование файлов между сервером и рабочей станцией, а также выполнение прикладных программ и доступ к данным.
Тестирование следует сначала провести при обычном для сети уровне активности и записать время выполнения. Затем в той сети, где нет постороннего трафика, тесты повторяются; время выполнения вновь записывается и сравнивается с предыдущими результатами. Если при этом наблюдается значительное увеличение производительности, значит, проблему действительно можно решить при помощи сегментации сети.
РАЗНОВИДНОСТИ СЕГМЕНТАЦИИ
Имеется большой выбор способов сегментации сети; кроме того, можно комбинировать различные подходы. В ассортимент средств входят мосты, коммутирующие хабы, отдельные серверы, включающие многочисленные сетевые адаптеры, и маршрутизаторы. Еще одна возможность - программные мосты и маршрутизаторы - может быть использована с отдельными серверами, содержащими множественные сетевые адаптеры.
Наиболее распространенным устройством для сегментации является мост, работающий на уровне Управления Доступом к Среде (Media Access Control - MAC). При помощи моста сеть можно разбить на два сегмента, а сегменты на подсегменты. Это устройство распознает, какие пакеты локальны для каждого из сегментов и какие надо продвинуть в другой сегмент. Мост будет продвигать только трафик между узлами в разных сегментах; все, что передается между узлами одного и того же сегмента, остается локальным. Для создания дополнительных сегментов необходимо использовать большее число мостов.
Коммутирующий хаб, или Ethernet-коммутатор, - одна из новейших, наиболее многообещающих технологий сегментации. Данное устройство обладает свойствами как мостов, так и маршрутиза- торов. Если мост добавляет сегмент посредством двух своих портов, то коммутирующий хаб имеет несколько портов и может переключать трафик между несколькими сегментами. Подобно мосту, он отличает локальный трафик от нелокального.
Самый дешевый способ сегментации состоит в установке в один компьютер нескольких плат сетевых адаптеров. Результаты весьма различаются в зависимости от сетевой ОС и конфигурации. Некоторые сетевые ОС - LANtastic, например - допускают доступ узлов, принадлежащих разным сегментам, к общему серверу, имеющему отдельный сетевой адаптер для каждого сегмента. Узлы в каждом сегменте могут связываться с общим сервером, но не с узлами в других сегментах.
Программное обеспечение, подобное PowerBridge компании Performance Technology (San Antonio), обеспечивает возможности построения мостов NetBIOS для серверов с многими сетевыми адаптерами для различных сегментов.
Решение задачи сегментации, которое, как правило, оказывается самым дорогостоящим - маршрутизаторы, - обладает возможностями, отсутствующими в альтернативных решениях. Действуя на сетевом уровне модели OSI, эти устройства позволяют организовать связь между сегментами, базирующимися на различных протоколах. Несмотря на эффек- тивность, дороговизна и сложность реализации таких систем делают маршрутизаторы избыточным решением задачи сегментации - ведь есть более подходящие возможности.
ЕСТЬ ЛИ У ВАС ПЛАН?..
Итак, решение о необходимости сегментации сети принято. Пора приступить к проработке деталей, ведь разработка плана - решающий момент для успеха. Но прежде чем приступать к аппаратному решению, составьте диаграмму физической компоновки сети. Нет нужды отображать на диаграмме все узлы, достаточно перечислить все рабочие группы в каждой области, выполняющие сходные задачи.
Ключом к созданию эффективного плана сегментации является установление величины трафика для каждого узла, рабочей группы и сервера. Пользователи больших баз данных или систем автоматизированного проектирования предъявляют особенно высокие требования, в то время как потребности других, например, при обработке текстов, относительно невелики.
Большинство одноранговых сетей относятся к одной из трех категорий: истинно одноранговые, "многие-к-одному" и "многие-к- нескольким". Для того чтобы принять наилучшее решение, определите, к какой категории относится ваша сеть, и постарайтесь предусмотреть ее расширение в будущем.
В истинно одноранговых сетях, или в сети "многие-к-многим", пользователи обладают доступом к ресурсам других узлов. В таких сетях нет общего сервера, на котором хранится информация; данные и ресурсы распределены в сети.
В сети "многие-к-одному" самые важные прикладные программы хранятся на первичном или выделенном сервере, доступ к которому имеют все члены рабочей группы. В такой сети может быть несколько серверов и рабочих групп, хотя обычно каждая группа имеет доступ к своему собственному серверу.
Сеть "многие-к-нескольким" состоит из узлов или рабочих групп, обладающих доступом к более чем одному первичному или выделенному серверу, где хранятся наиболее важные прикладные программы.
ДОБАВЬТЕ ПО ВКУСУ
После того как вы определили, к какой из перечисленных категорий относится ваша сеть, и установили распределение трафика в сети, следующим шагом должны стать выбор и реализация решения. Наилучшее решение зависит от ряда факторов, влючая цену, производительность и масштабируемость.
Предположим, что одноранговая сеть состоит из четырех первичных рабочих групп, показанных на Рис. 1. Все узлы в каждой из рабочих групп расположены в одном месте, и каждый узел подсоединен к концентратору рабочей группы. Имеется два выделенных сервера: общий сервер, который физически подсоединен к центральному концентратору, и сервер системы автоматизированного проектирования, подсоединенный к концен- тратору рабочей группы САПР. Согласно оценкам, рабочая группа САПР порождает 50 процентов сетевого трафика, в то время как оставшиеся 50 процентов создаются тремя остальными рабочими группами вместе.
В этом случае первым шагом должно стать размещение рабочей группы САПР на отдельном сегменте и оставшихся рабочих групп на другом, что приведет к 50-процентному сокращению трафика на сегмент. Для этого следует вставить локальный мост, который поделит сеть на две половины. На Рис. 1 мост помещен между концентратором рабочей группы САПР и центральным концентратором.
Другой вариант решения, оставляющий возможность расширения и дальнейшей сегментации сети, состоит в замене центрального концентратора на многофункциональное устройство, содержащее такие модули, как концентратор и мост. Примером может служить DE-5000 компании D-Link Systems (Irvine, CA), устройство на базе шасси с двенадцатью слотами, снабжаемое до четырех каналов Ethernet. Имеются модули 8-, 12-, и 24-портовых Ethernet-хабов и модуль локального Ethernet-моста; последний обеспечивает построение внутреннего моста между любыми двумя каналами Ethernet.
Замена имеющегося центрального концентратора на DE-5000 с двумя Ethernet-хабами и модулем локального моста Ethernet позволит создать два соединенных мостом сетевых сегмента. Затем, используя внутренние мосты, можно создать до четырех соединенных мостами сетевых сегментов Ethernet. DE-5000 обеспечивает также SNMP-управление всеми модулями в шасси.
Достичь еще большей производительности (и сегментации) можно при помощи коммутирующего хаба наподобие LinkSwitch компании 3Com (Santa Clara, CA), который обладает шестью коммутируемыми портами 10BaseT и 100 Мбит/с каналом FDDI специально для будущих расширений (см. комментарий на врезке "Выживает самый приспособленный" на стр. 64).
В предыдущем примере следует подсоединить линию от рабочей группы САПР к одному из портов в хабе и протянуть отдельную линию от центрального концентратора ко второму порту. Поскольку после этого остается еще четыре неиспользованных порта 10BaseT, вам, вероятно, захочется убрать центральный концентратор и подсоединить концентратор каждой из рабочих групп напрямую к хабу LinkSwitch - это мгновенно приведет к появлению четырех коммутируемых сегментов с пропускной способностью 10 Мбит/с.
Если у вас есть один или несколько серверов с большим трафиком, то подсоединение каждого сервера к своему собственному коммутируемому порту, как показано на Рис. 3, может оказаться весьма результативным решением. Помимо расширения эффективной полосы пропускания это позволит предоставить в распоряжение каждого сервера свой собственный 10 Мбит/с сегмент. Если позднее обнаружится, что данной полосы пропускания не хватает, то, установив в сервер соответствующий FDDI-адаптер и подсоединив его к FDDI-каналу хаба LinkSwith, можно создать 100 Мбит/с магистраль.
ЧТОБЫ КОСТЮМЧИК СИДЕЛ
Компании Standard Microsystems Corp. (SMC, Hauppage, NY) и 3Com разработали продукты, специально предназначенные для сегментации сети. Хаб Elite SwitchingHub ES/1 первой поддерживает до пяти модулей ввода/вывода и упрощает сегментацию на многих уровнях. Продукт поддерживает SNMP-протокол и миграцию к Fast Ethernet; в будущем предполагается добавить поддержку ATM.
Первый модуль ввода/вывода, Quad Ethernet, подсоединяет до четырех независимых сегментов к хабу, который обеспечивает коммутацию между всеми сегментами. В качестве вариантов возможны AUI-коннекторы для толстого Ethernet, BNC-коннекторы для тонкого Ethernet, коннекторы RJ-45 для 10BaseT и коннекторы ST для волоконно-оптического кабеля.
24 порта модуля концентратора ввода/вывода Ethernet приходятся в одном сегменте; FDDI-модуль ввода/вывода c дублированным подключением позволяет переключаться между FDDI и другими поддерживаемыми сетями, такими, как Ethernet. Имеются модули для связи с Token Ring и глобальными сетями.
Сегментацию для рабочих групп, подразделений и информационных центров можно осуществить при помощи мостов и коммутирующих хабов компании 3Com. Ее стековые хабы LinkBuilder используют для сегментации модули-мосты, а модель MultiServices Hub (MSH) на базе шасси допускает установку коммутирующего модуля LinkSwitch Ethernet (10BaseT). SNMP-управляемый хаб с шестью коммутируемыми 10BaseT портами LinkSwitch снабжен портом для соединения с сервером или магистралью FDDI.
Классифицируемые как коммутирующие хабы подразделений, устройства LANplex 2016 и 2500 допускают включение до двух восьмипортовых коммутирующих модулей Ethernet (иными словами, максимум 16 коммутируемых портов). Имеются восьмипортовые Ethernet-модули для 10BaseT (RJ-45 и RJ-21), 10BaseFL (протокол передачи данных по световодам Ethernet или FOIRL) и 10Base2 (BNS); кроме того, имеется четырехпортовый модуль 10Base5 (AUI).
LANplex 2500 может нести дополнительно до двух высокоскоростных коммутируемых портов. Уже имеются модули FDDI/CDDI (Copper Distributed Data Interface - кабельный распределенный интерфейс передачи данных). В ближайшем будущем ожидаются модули 100BaseT и ATM.
ВЕЛИКИЙ РАЗДЕЛ
По мере увеличения сетевого трафика пользователи оказываются перед нелегким выбором средств, которые позволили бы устранить узкие места. Можно было бы заменить имеющееся оборудование на новое - включая установку оптоволоконных сетевых адаптеров в каждый настольный ПК. Однако это не является наилучшим решением, да и немногие компании могут его себе позволить. В конце концов, в условиях сегодняшнего рынка оно может устареть прежде своего предшественника. Сегментация же убивает двух зайцев сразу: обеспечивает защиту инвестиций и рост производительности.
Пора использования мостов и маршрутизаторов в качестве инструментов сегментации отходит в прошлое. Преимущественным решением становятся Ethernet-коммутаторы как средство для создания многосегментных сетей, которые, к тому же, позволяют использовать наряду с развернутыми и другие технологии, например, FDDI.
Кевин Штольц - системный интегратор и независимый журналист из Миклитео, штат Вашингтон. С ним можно связаться через Compuserve по адресу 73021, 3535 или через Internet по адресу kstoltz@halcyon.com.
Выживает самый приспособленный
Коммутация удлиняет комовую цепочку сегментации
При несколько специфичной форме естественного отбора требования широкой полосы пропускания грозят подорвать доминирующую позицию сегментации в деле оптимизации производительности. Однако, по мере того как появляются новые технологии, способы сегментации эволюционируют в ответ.
Эдгар Масри, директор по маркетингу отдела хабов компании 3Com (Santa Clara, CA), внимательно следит за этими тенденциями - и у него есть на то причины. За последние несколько лет компания перешла к сегментированию локальных сетей на более высоком уровне, чем ранее. Это не только защищает ранее сделанные клиентами вложения, говорит Масри, но и продлевает жизнь имеющимся аппаратным средствам.
Масри предсказывает три этапа в эволюции сегментации: мост или маршрутизатор, коммутирующий хаб и ATM-хаб. Что касается начального этапа в 3Com, то Масри заметил, что "наши клиенты использовали сегментацию для минимизации расширений базы, чтобы по возможности не менять наиболее дорогой элемент - конечную станцию. Они начинали с моста или маршрутизатора. После создания у себя нескольких сегментов основной упор они делали на высокоскоростные соединения с сервером или маршрутизатором в основе и использовали для создания быстрого канала (pipe) такую технологию, как FDDI."
Помимо лучшего использования сети, - продолжает Масри, - это предопределило успех таких продуктов и подтолкнуло к объединению их в хабы. Стратегия компании в отношении сегментации заключается во включении съемных модулей в ее LinkBuilder MSH модульный хаб и стеки.
"Два или три года назад никто не слышал о коммутирующих хабах, - говорит Масри, комментируя второй этап. - Хотя клиенты до сих пор используют мосты к имеющимся хабам, тем не менее рынок высокопроизводительного масштабируемого сетового оборудования растет. Многочисленные сетевые сегменты низвели эти требования до уровня поставщиков, что привело к многопортовым мостам, которые в действительности являются коммутирующими модулями в своей наилучшей форме. Как результат - более высокий уровень сегментации."
На третьем этапе эволюции сегментации FDDI-канал, по утверждению Масри, будет заменен на ATM-переключатель. Он ожидает, что этот этап начнется уже с середины 1995 года и наберет ход к середине или концу следующего года. "Очевидно, - замечает он, - все будет зависеть от [статуса] ATM-стандартов".
Простота реализации коммутационных технологий и их важность для продления срока жизни уже имеющегося оборудования делает их естественным средством для сегментации сети. "Скоро каждый будет их иметь, - утверждает Масри. - Вопрос в том, как это обеспечить. Мы убеждены, что для большинства заказчиков главным является защита их инвестиций.