Это должен знать каждый, или Четыре базовых принципа выбора коммутатора ЛВС

ГЕННАДИЙ КАРПОВ

Это должен знать каждый,

или Четыре базовых принципа

выбора коммутатора ЛВС

Если вы планируете смонтировать у себя новую локальную вычислительную сеть (ЛВС) или модернизировать старую, то вам необходимо определиться с сетевой технологией, выбрать тип магистрали будущей сети, представить принцип построения серверной подсистемы и выбрать производителя сетевого оборудования.

Выбор типа сетевой технологии

Еще 5-6 лет назад этот вопрос стоял очень остро и мог стать судьбоносным для человека, принимающего решение по этому вопросу. Существовали конкурирующие решения: Ethernet, 100VG-AnyLAN, Token Ring, FDDI, АТМ. В периодических изданиях сторонники разных технологий «ломали копья», доказывая преимущества тех или иных решений. Сегодня жизнь все расставила по своим местам: в качестве основной сетевой технологии в рамках LAN остался только Ethernet. 100VG-AnyLAN прекратил свое существование, Token Ring повсеместно снимается с эксплуатации. FDDI и ATM в рамках ЛВС используются как специальные средства и не являются типичными сетевыми технологиями. Сейчас при выборе сетевой технологии вопрос стоит иначе: какой вариант реализации Ethernet-оборудования выбрать: на базе концентраторов или коммутаторов, или даже еще более «тонко»: использовать традиционные коммутаторы или коммутаторы, ориентированные на соединение. Однако не смотря на сужение выбора в сетевых технологиях, возможности 100VG-AnyLAN и Token Ring далее будут также проанализированы. Надо знать свою историю, ведь она всегда повторяется.

Для решения проблемы больших задержек в компьютерной сети обычно достаточно вместо концентраторов установить коммутаторы, подключив к каждому порту последнего по одному компьютеру. При этом на рабочих станциях не приходится вносить каких-либо изменений, а изменения в сетевой инфраструктуре минимальны. Надо только иметь в виду, что сегодня производительности даже коммутируемого соединения Ethernet 10Base-T или Token Ring (16 Мбит/с) недостаточно для многих приложений и во много раз уступает возможностям 100 Мегабитных каналов, доступных в сетях FDDI, 100BaseT, 100VG-AnyLAN, АТМ.

Переход на более скоростные технологии потребует внесения в сеть большего числа изменений, нежели установка коммутатора. В этом случае вам потребуется не только заменить концентратор, но и установить новые адаптеры и драйверы для них в каждый компьютер, возможна замена разъемов, кабеля, топологические ограничения, а это приведет к необходимости переложить кабель, поставить промежуточные преобразователи (конвертеры) и целой серии подобных проблем.

Можно подойти к модернизации ЛВС постепенно, растянув во времени процедуру модернизации рабочих станций. Для этого надо использовать технологию Ethernet 10/100Base-TX. В этом случае к скоростным магистралям для передачи основного трафика в первую очередь подключают коммутаторы рабочих групп и сервера, т.е. устройства, которым требуется высокая скорость, малые задержки или передача больших объемов информации. Перевод же рабочих станций на скоростные каналы осуществляется по мере необходимости.

Очень удобно применение двухскоростных адаптеров, т.к. режим автоматического определения скорости позволяет использовать такие адаптеры как в старых, так и в новых фрагментах сети, обеспечивает эффективность вложения средств, а также упрощает настройку и поддержку сети. Разница в цене между высокоскоростными (100Base-TX) и универсальными адаптерами (10/100) незначительна (обычно ее просто нет), а у коммутаторов она редко когда превышает 10%, что с учетом затрат на настройку и поддержку сети обеспечивает существенную экономию.

Вывод №1

В настоящее время нецелесообразно создавать ЛВС с применением низкоскоростных технологий и с последующим переводом их на высокоскоростные. В целом такой проект оказывается чуть ли не вдвое дороже. Гораздо целесообразнее применение оборудования, допускающего использование каналов с различной пропускной способностью в пределах одного шасси.

Выбор сетевой магистрали

Потребности в увеличении пропускной способности магистральных каналов связаны в основном с двумя явно просматривающимися тенденциями в архитектуре локальных вычислительных сетей: быстрым ростом производительности рабочих станций и централизацией данных вплоть до создания специализированных помещений – серверных комнат или центров.

Рост производительности средств вычислительной техники (в первую очередь дисковых подсистем, а не тактовой частоты ЦП персонального компьютера) на рабочих местах приводит к тому, что канал поступления информации в компьютер или сервер начинает становиться узким местом сетевого комплекса. Это просто результат неизбежности технического прогресса и бороться с этой тенденцией бесполезно.

Изъятие же локальных серверов из состава рабочих групп и централизация данных – технологический аспект проблемы, влияющий на выбор типа сетевой магистрали. При централизации данных существенно снижаются расходы на управление и поддержку, повышается надежность сети в целом, но в то же время это приводит к увеличению трафика между рабочими группами.

Наиболее развитыми технологиями построения магистральных каналов являются FDDI и АТМ. Они, в конце концов, разрабатывались специально для этого сектора сетевого рынка. Fast Ethernet и Gigabit Ethernet применяются для этих целей исторически, ну а 100VG-AnyLAN вообще для этого не приспособлен. До появления недорогих маршрутизаторов с портами 10/100Base-TX Ethernet слабо подходил для построения территориально распределенных магистралей, а сегодня это широко применяющееся на практике решение. Если исходить из соображений производительности, то наиболее целесообразно применение Gigabit Ethernet или АТМ, а если из соображений надежности – FDDI. Однако все эти технологии недешевы, особенно их реализация на single mode оптическом кабеле, а кроме того, при проектировании ЛВС масштабов здания очень часто можно организовать магистраль на объединяющей плате центрального модульного коммутатора – построить коллапсовую магистраль. В этом случае производительность магистрали будет выше и надежнее, чем варианты, основанные как на технологиях Gigabit Ethernet или АТМ, так и FDDI.

Понимание основных преимуществ той или иной сетевой технологии, ее назначения в индустрии вычислительных сетей обеспечивает возможность правильного выбора решения. Для удобства восприятия, резюме по основным сетевым технологиям приведено в таблице 1.

Вывод №2

Целесообразно, если это позволяют условия, использовать коллапсовую магистраль как самый скоростной и надежный вариант построения магистральных соединений.

Таблица 1. Сравнение высокоскоростных технологий

Как создать производительную серверную подсистему

Для серверов требуется обычно более производительный сетевой интерфейс по сравнению с рабочими станциями, поскольку они предназначены для одновременного обслуживания большого числа пользователей сети. Если производительности сервера будет недостаточно, сеть не сможет нормально функционировать. Если производительность сервера превосходит возможности сети, сервер будет часть времени простаивать. В этом случае на него можно возложить дополнительные функции.

В последнее время явно просматривается опережающий рост числа сетевых серверов как специфических сетевых программных продуктов по сравнению с набором аппаратных платформ для их реализации. Это и традиционный файловый сервис, и печать, и работа с базами данных, и электронная почта, и программные комплексы обеспечения безопасности и т. д. и т. п. В результате рост потребностей в производительности каналов связи, обслуживающих сервера, нередко опережает коммуникационные возможности сети.

Вывод №3

Целесообразно увеличивать количество серверов в сети. Нецелесообразно устанавливать специфические программные продукты на один сервер. Сервера к концентратору должны подключаться с применением самых скоростных технологий. Дисковые подсистемы серверов должны быть самыми производительными в сети. На объеме оперативной памяти для серверов экономить нельзя.

Коммутаторы с автоопределением скорости

Одним из основных вопросов при модернизации ЛВС является простота и надежность объединения привносимых высокоскоростных коммутаторов с ранее применявшимися низкоскоростными. При этом необходимо понимать, что заказчик ожидает существенного повышения производительности своей сети при переходе на высокоскоростные технологии сразу же после замены корневого коммутатора.

Однако, как правило, при выборе коммутатора руководствуются в основном финансовыми соображениями и почему-то не принимают во внимание особенностей двухскоростных сетей: наличие в каналах связи пакетов с разными скоростями требует их буферизации в коммутаторах. В результате память коммутатора начинает играть критически важную роль в обеспечении работоспособности сети. И это даже в ненагруженных сетях. Для эффективной и надежной неблокируемой коммутации размер буферов должен быть достаточно большим.

Коммутаторы стандарта 10Base-T, снабженные 100 Мегабитными Up-link, не обеспечивают требуемой при связи разноскоростных портов буферизации. Они лишь позволяют объединить между собой сегменты ЛВС, построенные на разных скоростях. Построить сбалансированную по производительности систему на базе подобных коммутаторов очень трудно. Об этой особенности коммутаторов необходимо помнить даже при проектировании высокоскоростной сети «с нуля», т.к. даже в этом случае очень часто приходится применять низкоскоростные устройства класса 10Base-T– print server.

О том, насколько серьезно объем буферной памяти влияет на производительность применяемого коммутатора, а следовательно, и на производительность ЛВС, можно почерпнуть из приведенной ниже таблицы 2, демонстрирующей самые популярные на конец 1990-х – начало 2000-го года коммутаторы (причем сравнение приведено для коммутаторов одного класса).

Таблица 2. Сравнительная оценка производительности коммутаторов среднего класса (класса рабочей группы)

Вывод №4

Если речь идет не о простой офисной сети, необходимо применение коммутаторов, в конструкции которых заложена возможность работы с разными скоростями, а также имеющих большие объемы оперативной памяти для организации внутренних буферов.

И наконец, то, о чем почти все всегда забывают

Когда все уже продумано, заказано и внедрено в эксплуатацию, часто оказывается, что заказчик не доволен производительностью сети. Обычно это бывает в двух типах сетей:

1. Сеть из нескольких машин, собранная на одном коммутаторе.
2. Большая разветвленная сеть с централизованной серверной подсистемой, собранной на одном коммутаторе.

В первом случае сеть в своем составе имеет обычно один сервер. В данной ситуации, действительно, замена концентратора на коммутатор практически не дает выигрыша в производительности сети по той причине, что все клиенты все равно замыкаются на одну связь – один порт сетевой карты на сервере, который в данном случае выступает в роли «бутылочного горлышка». В подобной топологии разделения потоков информации не происходит. Если в таких сетях нет трафика между компьютерами, как в обычной одноранговой сети, то применение коммутатора с технической точки зрения не оправдано.

Во втором случае заказчик нередко наблюдает совсем другую ситуацию: центральный коммутатор явно не справляется с потоками информации, т.к. до модернизации (обычно в этом случае локальные сервера были рассредоточены по рабочим группам) приложения на клиентских машинах работали быстрее. Причина подобного в схемотехническом решении коммутатора. Обычно коммутатор рабочей группы имеет один центральный процессор. В этом случае он в состоянии закоммутировать между собой в каждый момент времени только 2 порта, если количество процессоров равно 2-м, то 2 или 4 порта и т. д. Ну и в пределе (для 24-х портового коммутатора), если количество процессоров равно 24-м, то коммутатор в состоянии одновременно поддерживать соединение по схеме «12 на 12». К сожалению, информацию о количестве центральных процессоров в конкретных реализациях коммутаторов найти очень трудно. Вычислить их количество, используя такие характеристики как Switch Bandwidth или Bus Capacity, точно нельзя, но оценить в принципе можно. С другой стороны, эта задача практически не связана с конкретными моделями конкретных производителей. Каждый производитель позиционирует свое оборудование для конкретного сегмента рынка ЛВС. Количество процессоров и объем буфера – это те характеристики, которые как раз и определяют тактико-технические данные производимого им оборудования, сегмент потенциального рынка, на который он (производитель) может претендовать.

Главный вывод

Доверьте модернизацию вашей сети профессионалам или не жалейте средств на обучение собственных специалистов, пусть они лучше экспериментируют на лабораторных работах в учебном центре, а не с вашими деньгами.