Гибридные межсетевые соединения (Hybrid backbones)

Архитектура Collapsed backbone (сосредоточенная сетевая магистраль) хороша для организации сети в рамках одного здания, но не подходит для организа­ции сети между зданиями. Даже если здания находятся совсем рядом, заводить все сегменты сети на один центральный узел представляется совершенно не­практичным, усложняются и кабельные работы и ужесточаются требования к центральным устройствам. Поэтому для организации компьютерной сети в рам­ках нескольких зданий предпочтительна гибридная архитектура. Межсетевые соединения в рамках гиб­ридной архитектуры чаще используют технологии ло­кальных сетей, чем коммутацию ячеек, так как такие сети проще проектировать и обслуживать. В принци­пе межсетевое соединение может быть реализовано по той же технологии, что и сами сегменты (скажем, 10Base-T), но с ростом сети трафик в межсетевом ка­нале будет увеличиваться и может превысить пропуск­ную способность этого канала. Именно поэтому для построения межсетевых соединений стал применяться 100 Мбит/с FDDI. Таким об­разом, гибридная архитектура представляет собой сосредоточенную сетевую магистраль (collapsed back­bone) на уровне здания и распределенную сетевую магистраль (distributed backbone) на уровне соедине­ния между зданиями .

Выделенные линии типа «точка-точ­ка» — наиболее часто применяемое соеди­нение при расширении ЛВС. Финансовые со­ображения нередко обусловливают низкие скорости передачи для таких соедине­ний — от 56-64 Кбит/с до 1,5-2,0 Мбит/с. Не менее распространена цифровая ком­мутируемая телефонная сеть ISDN или сер­вис Х.25. Линии связи этих сетей исполь­зуются либо как резервные (на случай вы­хода из строя выделенной линии), либо как основные соединения (там, где позволяют соображения стоимости).

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

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

Ограничение роста

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

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

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

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

Кроме того, сетевые магистрали (backbone) также нуждаются в большей пропускной способности, на­пример, 10Base-T может быть заменена на 100 Мбит/с FDDI, однако принципиально ситуацию это не меня­ет - остается все та же разделяемая среда, в которой фрагменты сетей конкурируют за полосу пропуска­ния. Рано или поздно, но пропускная способность этой магистрали достигнет предела.

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

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

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

Коммутируемая Ethernet.

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

Первой концепцию коммутируемой Ethernet-òåõíîëî­ãèè внедрила фирма Kalpana. За ней последовали другие фирмы, в частности Alantec и Artel. Эта технология предусматривает разбиение большой сети на меньшие сегменты с соответственно меньшим числом пользователей в каждом сегменте, Каждый коммутационный порт отвечает за фильтрацию трафика, передаваемого в подключенный к нему сегмент. Если узел в одном сегменте передает сообщение узлу в другом сегменте, то порт пересылает сообщение в коммутационную систему и далее в соответствующий порт назначения. Коммутатор обеспечивает одновременные соединения между сегментами со скоростью 10 Мбит/с.

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