10.2. Примеры сетевых архитектур

Своеобразие новых программ и технологий усложняет разработку вычислительных систем. Централизованные ресурсы, новые классы программ, новые принципы их применения, изменение информационных потоков, увеличение числа одновременно работающих пользователей и более мощные вычислительные платформы - все эти факторы нужно учитывать при разработке компьютерной сети. Создано большое количество технологических и архитектурных решений, и выбрать из них наиболее подходящее - достаточно сложная задача.

Различные сетевые технологии обеспечивают разное время реакции и общей пропускной способности сети (рис. 10.1). Технологии коммутации кадров и ячеек позволили увеличить пропускную способность сети, дали возможность передавать большие объемы данных за короткое время. Такие технологии, как ATM и Ethernet, обеспечивают пропускную способность сети в диапазоне от 10 до 100 Мбит/с и выше. В ЛВС и глобальной сети диапазон пропускной способности составляет шесть порядков (от 1 тыс. бит/с до 1 млрд бит/с), а сетевых задержек - четыре порядка (от 1 с до 1 мс). Для сравнения - различие в скорости передачи данных между X.25 и ATM-коммутацией в ЛВС сопоставимо с разницей в размерах дома на одну семью и Североамериканского континента. К сожалению, трудно определить, каким может быть максимальное число пользователей и каково будет время реакции сети на их запросы при использовании каждой из этих технологий.

Рис. 10.1. Ландшафт производительности

Как же выбрать подходящую сетевую архитектуру? Общих рекомендаций нет. Требования к сети, обусловленные используемым программным обеспечением, так же многочисленны и разнообразны, как сами программы. Мы рассмотрим некоторые сетевые архитектуры, используемые при проектировании:

• маршрутизируемая фрагментированная магистраль;

• FDDI-магистраль;

• сеть с коммутацией кадров 10/100;

• ATM и коммутация кадров.

Первые две конфигурации считаются стандартными и уже давно используются в компьютерных сетях, две последние разработаны недавно. Современные технологии, основанные на коммутации, позволяют не только повысить производительность сети, но и улучшить ее управляемость. Это становится возможным за счет так называемой виртуализации сетевых ресурсов, которая позволяет создавать логические группы пользователей и компьютеров. Такие логические группы более наглядны, их проще поддерживать и изменять, чем физические подсети, определяемые маршрутизатором. Кроме того, коммутация кадров повышает удобство использования уже имеющейся сети. В тех случаях, когда коммутация кадров 10/100 сопоставима с FDDI-магистралью, она допускает непосредственное подключение к любому устройству, имеющему интерфейс Ethernet или Token Ring. Создание же FDDI-магистрали требует дополнительных вложений в маршрутизаторы и FDDI-интерфейсы. Поэтому реализация архитектуры на основе коммутации, вероятно, обойдется дешевле.

Маршрутизируемая фрагментированная магистраль (рис. 10.2) состоит из маршрутизатора среднего класса, поддерживающего различные протоколы и связывающего рабочие группы Ethernet с сегментом центрального сервера или серверов. Такая архитектура позволяет поддерживать связь между магистралью и рабочей группой. Достоинствами маршрутизируемой магистрали являются отличное управление протоколами, разделение рабочих групп и простота обслуживания. Для настройки всех подсетей достаточно управлять всего одним устройством - маршрутизатором.

Рис. 10.2. Маршрутизируемая магистраль

Недостатком такой сети является ее ограниченная масштабируемость. Кроме того, для поддержания в маршрутизируемой магистрали достаточно большой скорости передачи данных необходим очень производительный маршрутизатор. Эта архитектура не предусматривает никакой иерархической структуры магистрали, поскольку сервер напрямую подключается к ней через 10 Мбит/с Ethernet. Такое подключение может создавать заторы, например когда большое число пользователей хочет получить доступ к совместно используемой базе данных.

FDDI-магистраль (рис. 10.3) - это единый канал, связывающий FDDI-серверы с рабочими группами Ethernet через один или несколько маршрутизаторов среднего класса. Такая сеть может объединять компьютеры, расположенные в отдельном здании или небольшом университетском городке.

Рис. 10.3. FDDI-магистраль

Простота управления протоколами и возможность установки защитного экрана на границе между рабочей группой и магистралью - основные достоинства такой архитектуры. Высокоскоростная магистраль обрабатывает общий поток информации и высокоскоростные операции сервер-сервер. Хорошая масштабируемость обеспечивается тем, что к FDDI-магистрали можно подключить много рабочих групп и маршрутизаторов, прежде чем будут полностью исчерпаны ресурсы этой архитектуры.

Однако изменение конфигурации сети приводит к появлению большого количества портов на маршрутизаторах, каждый со своим адресом подсети. Управление всеми устройствами и адресами - тяжелая работа, с которой может справиться только опытный администратор. Ретрансляция между маршрутизатором Ethernet и FDDI-сетью может снизить производительность программного обеспечения. Проблема усугубляется, если FDDI-магистраль необходимо сегментировать для передачи больших объемов информации.

Сеть с коммутацией кадров 10/100 (рис. 10.4) строится на основе коммутаторов, каждый из которых имеет двенадцать 10 Мбит/с интерфейсов с концентраторами рабочих групп (или рабочими станциями) и два 100 Мбит/с интерфейса для связи с серверами. Такая архитектура может использоваться для обеспечения высокой производительности сети в рабочих группах или для создания магистрали.

Рис. 10.4. Сеть с коммутацией кадров 10/100

Эта архитектура очень проста, что облегчает управление сетью. При этом "чистые" Ethernet-сети обычно работают по принципу plug-and-play. "Virtual LAN" позволяет создавать логические рабочие группы и устанавливать защитный экран. Высокая производительность сети обеспечивает хорошее время реакции клиент-серверного программного обеспечения при передаче информации между серверами и централизованными ресурсами.

К сожалению, продукты для такой архитектуры, поддерживающие сети Token Ring, появились только к концу 1995 г., поэтому их "развитие" несколько запоздало. Кроме того, способы объединения пользователей и устройств в логические группы с помощью коммутаторов не стандартизированы, и реализация этой возможности у различных производителей может различаться. Поэтому при создании сети очень важно правильно выбрать производителя продуктов для коммутации кадров.

ATM-коммутатор связывает ATM-серверы, адаптеры Adj Path и 150 Мбит/с ATM-каналы с коммутатором ячеек магистрали (рис. 10.5). Адаптеры Adj Path обеспечивают 10 Мбит/с Ethernet-связи серверов с рабочими группами или отдельными компьютерами. Такая архитектура может использоваться для обеспечения высокой производительности в рабочих группах или создания магистралей в одном или нескольких зданиях.

Рис. 10.5. ATM и коммутацией кадров

Созданная в соответствии с такой архитектурой высокоскоростная магистраль позволяет обрабатывать большое количество информации и эффективно осуществлять операции сервер-сервер. Отличная масштабируемость этой архитектуры позволяет создавать смешанную систему коммутаторов кадров или ячеек. Скорость отдельного интерфейса можно увеличить с помощью Fast Ethernet или более скоростных ATM-связей. "Virtual LAN" позволяет создавать рабочие группы управления, а серверы могут быть централизованы, хотя логически будут оставаться близко к пользователям, что упрощает администрирование сети.

ATM - сравнительно молодая технология, поэтому стандарты для нее еще не до конца сформированы. Следовательно, ATM-решения потребуют контактов с поставщиками оборудования.