БЫСТРЫЙ И ЗНАКОМЫЙ
В НАПРАВЛЕНИИ ATM
ИНТЕГРАЦИЯ ATM
СЦЕНАРИИ ИНТЕГРАЦИИ
В ИТОГЕ

Ваши пользователи жалуются, что подкачка данных на принт-сервер длится целую вечность? Они устраивают перерывы на кофе в ожидании окончания передачи файлов? Один пользователь или группа пользователей замедляют работу сети практически до нуля? Если вы ответили "да" хотя бы на один из этих вопросов или хотя бы одна из описанных ситуаций вам знакома, то скорее всего вашу сеть пора модернизировать.

Сочетание старых приложений для локальных сетей и новых приложений с высокими требованиями к пропускной способности, таких как мультимедиа, программное обеспечение коллективной работы, обработка изображений и базы данных, запросто может исчерпать пропускную способность разделяемой сети Ethernet на 10 Мбит/с. Ухудшает ситуацию еще и изобилие в сети высокопроизводительных ПК с шинами EISA, PCI и Sbus плюс большое число пользователей в одном коллизионном домене.

Один из способов решения этой проблемы состоит в реализации коммутируемой технологии Ethernet, благодаря которой каждый пользователь может получить выделенное соединение на 10 Мбит/с. Такой подход является наиболее экономичным способом увеличения пропускной способности сети без дорогостоящей замены адаптеров, проводки, сетевого программного обеспечения и приложений.

Однако в некоторых средах переход к коммутируемому Ethernet на 10 Мбит/с недостаточен, поскольку трафик в этих сетях таков, что данной пропускной способности будет мало. К тому же развертывание нескольких приложений с различными требованиями к характеристикам трафика обуславливает необходимость гарантии качества услуг (Quality of Service, QoS).

В сетевых средах, где коммутируемый Ethernet не соответствует требованиям к скорости и качеству услуг, новые технологии вроде Fast Ethernet и ATM могут оказаться вполне уместны. И Fast Ethernet и ATM имеют высокую пропускную способность. При модернизации до Fast Ethernet или ATM редко возникает вопрос "либо-либо", скорее он заключается в том, как объединить эти технологии и получить максимальную выгоду из обеих при минимальных затратах.

В предлагаемой статье будут обсуждаться основные преимущества каждой из технологий, некоторые базовые принципы работы и вопросы их сосуществования в одной и той же сети. Мы рассмотрим четыре различных сценария применения данных технологий, при которых они успешно интегрируются друг с другом.

БЫСТРЫЙ И ЗНАКОМЫЙ

Fast Ethernet представляет собою прекрасное недорогое решение, когда необходима пропускная способность между 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Технология на порядок сокращает время передачи каждого бита, так что скорость передачи пакетов возрастает десятикратно с 10 до 100 Мбит/с. Она использует тот же метод доступа к среде - CSMA/CD, - что и Ethernet, а значит, данные могут передаваться из сети на 10 Мбит/с в сеть на 100 Мбит/с, и обратно, без трансляции протоколов или изменения приложений и сетевого программного обеспечения. Такая совместимость облегчает и удешевляет процесс перехода, что позволяет администраторам сетей сэкономить на изучении новой технологии и время и деньги.

В том, что касается цен, Fast Ethernet имеет целый ряд достоинств. Например, продукты для Fast Ethernet дешевеют очень быстро. Поддержка технологии производителями и ее стандартизация IEEE привели к появлению недорогих совместимых сетевых адаптеров, повторителей, маршрутизаторов и коммутаторов.

Другое ценовое преимущество Fast Ethernet состоит в том, что многие организации могут перейти к ней без замены существующей проводки. Она работает по тем же самым типам кабеля, что и 10BaseT, в том числе UTP, STP и оптоволокно. Однако те, кто имеет проводку UTP Категории 3, должны для реализации Fast Ethernet заменить ее на Категорию 5 или установить 4-парную проводку Категории 3 (100BaseT4).

В том, что касается управления рабочими характеристиками и трафиком, Fast Ethernet предоставляет несколько дополнительных функций, в том числе полнодуплексный режим работы, автоматическое согласование и управление потоками. За счет двусторонней связи полнодуплексный режим позволяет увеличить пропускную способность до 200 Мбит/с, а это означает, что клиенты получают 100 Мбит/с в каждом направлении. Кроме того, в полнодуплексном режиме поддерживаемое расстояние между двумя DTE-устройствами для оптического кабеля составляет порядка 2 км.

Автоматическое согласование позволяет устройствам по обеим концам сетевого канала автоматически обмениваться информацией об их возможностях и осуществлять необходимую для совместной работы на максимально допустимой скорости конфигурацию. Например, автоматическое согласование позволяет определить, что концентратор на 100 Мбит/с подключен к адаптеру на 10 Мбит/с (или 100 Мбит/с) и затем отрегулировать режим работы соответствующим образом.

Управление потоками позволяет сократить объем получаемых промежуточными устройствами данных. Причем управление может быть реализовано как для каждого канала в отдельности, так и для всего маршрута в целом. При управлении потоками из конца в конец коммутаторы в сети взаимодействуют друг с другом, оповещая конечные станции о необходимости уменьшить объем отправляемого трафика. Пока эта информация достигнет конечных станций пакеты приходится хранить или отбрасывать, а это означает, что управление потоками уменьшает, но не исключает потребность в буферах.

В НАПРАВЛЕНИИ ATM

Если для вашей сети характерны неравномерный пакетный трафик, передача крупных многомегабитных файлов и приложения с высокими требованиями к пропускной способности, то Fast Ethernet обеспечивает экономичное и относительно простое решение. Однако если вы планируете реализовать приложения, для которых необходима пропускная способность свыше 100 Мбит/с, а длительная задержка и ее вариация нетерпимы, то выгоды в производительности от ATM значительнее, чем от Fast Ethernet.

Конечно, когда задачи, стоящие перед вашей организацией, не являются достаточно специфическими, полностью переходить на ATM не стоит. Скорее всего, наилучшей стратегией будет переход к Fast Ethernet и развертывание ATM только в некоторых сегментах сети, так как Fast Ethernet и другие технологии для локальных сетей могут работать вместе с ATM в одной и той же сети.

ATM - стратегическая технология; на сегодняшний день организации могут использовать ее как общую технологию для локальных и глобальных сетей. Стратегическое значение технологии ATM состоит в том, что она предоставляет единую сетевую инфраструктуру, "терпимую ко времени", причем последнее выражение означает, что администраторы сетей могут проектировать и реализовывать интегрируемые сети ATM для решения текущих задач по мере необходимости, а в долгосрочной перспективе она обеспечивает масштабируемость, производительность и даже экономию затрат.

Хотя реализация ATM дороже внедрения Fast Ethernet, в долгосрочной перспективе эта технология экономичнее за счет более эффективного использования ширины полосы и масштабируемой архитектуры. Например, ATM применяет статистическое мультиплексирование, благодаря чему полоса может быть распределена между многими пользователями. Полоса представляется, только когда она необходима "по требованию", таким образом стоимость сетевых ресурсов сокращается.

ATM может использоваться для передачи разных типов информации и одновременно поддерживать широкий спектр пользовательских приложений, в том числе оригинальных приложений ATM, унаследованных приложений для локальных сетей, голоса и видео. Способность передавать голос, данные, видео и мультимедийный трафик по одной сетевой инфраструктуре (т. е. и по локальной, и по глобальной сети) является ключевым преимуществом ATM, так как он предоставляет одну общую сетевую технологию для общедоступных и частных сетей.

Другим достоинством ATM является масштабируемая пропускная способность. В настоящее время скорость варьируется в диапазоне от 1,544 Мбит/с до 622 Мбит/с, благодаря чему организации могут получить необходимый им на данный момент уровень пропускной способности, а затем наращивать его по мере необходимости.

Если исходить только из производительности, ATM имеет преимущество по сравнению с Fast Ethernet благодаря своей более высокой скорости. Помимо скорости ATM гарантирует также малую задержку, которая при использовании ATM ниже, чем в случае любой другой альтернативной технологии, вследствие того, что ячейки имеют фиксированную длину 53 байт.

Кроме того, коммутация и маршрутизация ATM осуществляются аппаратно, а не программно. В результате технология обеспечивает достаточно предсказуемую задержку между отправителем и получателем. Fast Ethernet и пакетные технологии, наоборот, используют кадры переменной длины. В средах с коммутацией пакетов длинные пакеты зачастую тормозят передачу коротких пакетов, приводя к значительной вариации задержки. Кроме того, ATM делегирует проверку и исправление ошибок высокоуровневым протоколам, а это сокращает задержку при буферизации.

Еще одним преимуществом ATM над Fast Ethernet является обеспечение необходимого для некоторых сетевых приложений качества услуг. Устройства ATM могут предоставлять гарантии QоS для каждого класса услуг (Class of Service, CoS) посредством заключения предварительных контрактов о параметрах трафика. В зависимости от класса услуг сеть гарантирует минимальную скорость передачи ячеек, максимальную скорость передачи ячеек, время задержки ячеек и вариацию задержки ячеек. Трафик может иметь постоянную, переменную, доступную и негарантированную скорость передачи.

ИНТЕГРАЦИЯ ATM

Несмотря на то что ATM имеет ряд преимуществ над Fast Ethernet, полномасштабная реализация вряд ли оправдана. К счастью, подход "все или ничего" не является единственно возможным при модернизации инфраструктуры сети. Наоборот, вложения в имеющуюся инфраструктуру локальной сети можно защитить за счет постепенной миграции к ATM или интеграции его только в некоторые части сети.

Наиболее общий метод соединения локальных сетей по транспортной сети ATM - это организация моста на втором уровне с помощью технологии эмуляции локальной сети (LAN Emulation, LANE). Спецификация LANE Форума ATM определяет протокол моста на втором уровне, благодаря которому ориентированная на соединение сеть ATM выглядит и функционирует как разделяемый сегмент локальной сети Ethernet или Token Ring без установления соединения. Поддержка эмуляцией оригинальных протоколов ATM позволяет мультимедийным и другим чувствительным к задержке приложениям использовать преимущества качества услуг ATM. Эмуляция дает также возможность задействовать более высокие скорости ATM и обращаться к устройствам ATM без замены имеющегося программного и аппаратного обеспечения локальных сетей.

Несмотря на то что протокол LANE работает как протокол моста второго уровня модели OSI, он в действительности не эмулирует все протоколы MAC. Например, CSMA/CD для Ethernet или передача маркера для Token Ring не эмулируется. Вместо этого протокол LANE эмулирует один сегмент локальной сети, предоставляя необходимый протоколам сетевого уровня широковещательный сервис без установления соединения, посредством надлежащего преобразования данных из пакетов локальной сети в ячейки ATM и преобразования MAC-адресов в ATM-адреса.

Чаще всего протокол LANE используется для централизации серверов с применением адаптеров ATM при подключении их непосредственно к сети ATM и для интеграции имеющихся локальных сетей Ethernet и Token Ring с помощью транспортной магистрали ATM между ними. В первом случае адаптеры ATM предоставляют, с одной стороны, интерфейс с сетью ATM, а с другой - интерфейс с традиционными сервисами локальной сети для драйверов высокоуровневых протоколов на данном сервере. Для этого производители адаптеров ATM должны включить поддержку протокола LANE в программное обеспечение адаптера. Во втором случае интеграция осуществляется с помощью маршрутизаторов и коммутаторов локальной сети, причем они используют протокол LANE для реализации виртуальных локальных сетей. При реализации LANE на этих межсетевых устройствах менять что-либо в адаптерах или другом оборудовании конечных станций не надо. Достоинства этого подхода в том, что имеющиеся локальные сети могут использовать ATM в качестве высокоскоростной магистрали.

Коммутаторы ATM, осуществляющие трансляцию ячеек и использующие стандартные сигнальные протоколы ATM для установления виртуальных соединений, ничего не знают о протоколе LANE. Несмотря на то что сервисы LANE могут находиться на том же самом коммутаторе ATM, коммутирующая структура не выполняет сама по себе никаких функций эмуляции. Вместо этого коммутатор ATM обслуживает виртуальные соединения и выполняет необходимую для коммуникаций по сети ATM трансляцию ячеек.

Хотя текущая спецификация LANE описывает отдельно эмулируемые локальные сети для Ethernet и Token Ring, она не определяет явным образом, как организовать связь напрямую между двумя типами эмулируемых локальных сетей. Связать их можно с помощью маршрутизатора или коммутатора ATM, причем он должен быть клиентом каждой из эмулируемых локальных сетей.

СЦЕНАРИИ ИНТЕГРАЦИИ

Как говорилось ранее, технологии Fast Ethernet и ATM можно использовать для повышения производительности и управляемости различных сетей целым рядом способов. Ниже мы приводим четыре сценария, при котором обе технологии успешно интегрируются друг с другом. Конкретные конфигурации сети были подобраны таким образом, чтобы они обеспечивали наиболее эффективный и безболезненный переход, а также соответствовали требованиям пользователей. Приведенные конфигурации позволяют свести к минимуму и затраты, и число новых устройств в сети, а кроме того, обеспечивают максимальную гибкость и потенциал для роста. Следует отметить, что разрабатывались они с учетом возможности использования имеющейся проводки, хотя некоторые из решений и предполагают инсталляцию дополнительной проводки.

Повышение общей производительности сети. Производственная компания столкнулась с проблемой общей производительности локальной сети своей штаб-квартиры. Для решения этой проблемы сеть была реструктурирована и модернизирована до 100BaseT (см. Рисунок 1). Новая сеть наряду с асимметричной коммутацией локальной сети на 10/100 Мбит/с использует концентраторы и маршрутизаторы, обеспечивающие пользователям высокоскоростной доступ к постоянно растущим объемам производственной и финансовой информации.

Picture_1(1x1)

Рисунок 1.
В такой конфигурации коммутаторы предоставляют многочисленные выделенные соединения на 10 Мбит/с с концентраторами в пределах всей организации. Коммутаторы образуют магистраль Fast Ethernet для разделяемых локальных сетей и серверов, они обеспечивают также соединение с территориальной магистралью ATM через маршрутизатор с интерфейсом ATM.

В такой конфигурации коммутаторы 10/100 предоставляют несколько выделенных каналов на 10 Мбит/с к концентраторам внутри организации, таким образом сегментируя концентраторы (и сегменты локальной сети) с целью повышения пропускной способности в разделяемой локальной сети без изменения топологии сети. Для наибольшей эффективности клиент-серверных систем в масштабе предприятия файловые серверы соединены напрямую с интерфейсами Fast Ethernet на коммутаторах 10/100. Коммутаторы 10/100 образуют магистраль Fast Ethernet для разделяемых локальных сетей и серверов; кроме того, они обеспечивают соединение с территориальной магистралью ATM через маршрутизатор с интерфейсами Ethernet и ATM.

Для сети с такой топологией администратору следует выбирать коммутирующие продукты для локальной сети по крайней мере с двумя интерфейсами Fast Ethernet для подключения серверов подразделений и магистрали здания или территории через маршрутизатор.

Повышение производительности для настольных систем. Рекламному агентству необходима дополнительная пропускная способность для обслуживания растущего числа сотрудников и организации экономичных высокоскоростных соединений с рабочими станциями обработки изображений. Компания решает модернизировать сеть посредством установки коммутаторов Fast Ethernet 10/100. Такая конфигурация позволяет предоставить настольным системам выделенный канал на 10 Мбит/с, причем оставшаяся выделенная полоса доступна для обслуживания растущего числа пользователей локальной сети и для дополнительных сервисов управления виртуальными сетями (см. Рисунок 2).

Picture_2(1x1)

Рисунок 2.
В такой конфигурации коммутаторы Fast Ethernet 10/100 обеспечивают коммутируемый Ethernet на 10 Мбит/с для настольных систем. Повторители Fast Ethernet были установлены, чтобы рабочие станции обработки изображений могли иметь дополнительную пропускную способность. И коммутаторы 10/100, и повторители Fast Ethernet соединены с территориальной магистралью ATM через маршрутизатор с интерфейсами ATM и Fast Ethernet.

Схема сети с небольшими группами пользователей приводит к меньшей конкуренции и большей пропускной способности в расчете на пользователя. Для создания множества таких рабочих групп в коммутируемых сегментах локальной сети на 10 Мбит/с коммутаторы локальной сети 10/100 могут быть связаны друг с другом через интерфейсы Fast Ethernet. Чтобы предоставить дополнительную полосу и повысить производительность рабочих станций обработки изображений, были установлены повторители Fast Ethernet для организации экономичных разделяемых соединений на 100 Мбит/с, благодаря чему пользовательские приложения получили возможность передавать данные на скорости до 100 Мбит/с. Как и в предыдущем случае, коммутаторы локальной сети 10/100 и концентраторы Fast Ethernet связываются с магистралью ATM здания или территории посредством маршрутизатора с интерфейсами Fast Ethernet и ATM.

Повышение производительности центра обработки данных. Больнице необходима высокая пропускная способность и гарантированное качество услуг для пользователей и серверных комнат. Модернизация сети состояла в реализации ATM и коммутации 10/100 в центре обработки данных с целью организации высокоемких соединений и интегрированных виртуальных локальных сетей с помощью LANE (см. Рисунок 3). ВЛС упрощают администрирование сети; в результате добавления, перемещения и изменения можно осуществлять с помощью программного обеспечения.

Picture_3(1x1)

Рисунок 3.
Больница использует коммутаторы ATM и Fast Ethernet для подключения коммутируемых серверных комнат и виртуальных сетей, а также для предоставления надежного гарантированного качества услуг и высокоскоростного доступа медицинскому персоналу.

При такой схеме виртуальные сети охватывают коммутаторы ATM и Fast Ethernet, маршрутизаторы и серверы, причем все они оснащены интерфейсами ATM на 155 Мбит/с. Эти интерфейсы предоставляют высокую пропускную способность и качество услуг для обработки медицинских изображений, резервирования баз данных, биллинга и ведения записей. Функциональность LANE находится на коммутаторах ATM и 10/100, а также на маршрутизаторах. Коммутаторы 10/100 предоставляют выделенные каналы на 10 Мбит/с рабочим группам в коммутируемых сегментах локальной сети, в то время как рабочие станции обработки медицинских изображений получают выделенный канал на 100 Мбит/с. Через интерфейс на 155 Мбит/с или 622 Мбит/с коммутаторы ATM имеют высокоскоростные соединения с территориальной или глобальной сетью.

Предоставление выделенного канала Fast Ethernet каждой настольной системе. Компании-разработчику программного обеспечения необходимо предоставить высокую пропускную способность пользовательским настольным системам, чтобы упростить совместную работу над проектами САПР. При такой схеме коммутация Fast Ethernet осуществляется на уровне настольных систем и рабочих групп, а ATM обеспечивает высокоскоростную магистраль (см. Рисунок 4). Fast Ethernet способен предоставить 200 Мбит/с в полнодуплексном режиме для высокопроизводительных настольных систем и серверов, в то время как ATM гарантирует и необходимую пропускную способность магистрали, и качество услуг.

Picture_4(1x1)

Рисунок 4.
Компания-разработчик программного обеспечения решила упростить работу над совместными проектами САПР за счет использования коммутаторов ATM и Fast Ethernet, благодаря которым пользовательские настольные системы получают высокую пропускную способность и качество услуг.

Как и в предыдущем сценарии, ATM обеспечивает интегрированную функциональность ВЛС с помощью LANE. Интерфейсы ATM используются для соединения нескольких серверов в центре обработки данных. Коммутаторы и концентраторы 10/100 предоставляют пропускную способность 10BaseT и 100BaseT (в полнодуплексном режиме, где необходимо) различным рабочим группам в соответствии с их требованиями. Сегменты ATM в сети работают вместе с этими технологиями локальных сетей над обеспечением качества услуг и совокупной пропускной способности для распределенных рабочих групп в виртуальных сетях. Опять же коммутатор ATM связывает локальную сеть с территориальной и глобальной сетями через интерфейсы на 155 Мбит/с или 622 Мбит/с.

В ИТОГЕ

Несмотря на то что 10BaseT вполне достаточен для многих и многих сетей, появление приложений с высокими требованиями к пропускной способности, высокопроизводительных ПК, серверов и большого числа новых пользователей приводят в конце концов к необходимости модернизации. Основным здесь является разработка такой стратегии, при которой переход к новой технологии совершался бы наиболее экономичным образом, причем все конкретные требования к производительности были бы удовлетворены. Зачастую наилучшим подходом (в особенности если вы планируете развертывать чувствительные ко времени приложения) является сочетание ATM и коммутируемого Fast Ethernet с имеющимися сетями 10BaseT. Это позволяет использовать хорошо знакомую технологию Ethernet, а также защитить вложения в существующие приложения и оборудование. Плюс к этому такой подход дает возможность удовлетворить требования конкретных приложений, для которых гарантия качества услуг и высокая пропускная способность насущно необходимы.


Уолтер Гулд - старший консультант по системам для федеральных нужд в Cisco Systems и вице-президент Форума ATM по инициативам пользователей. С ним можно связаться по адресу: wgould@cisco.com.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями