Амато В. - Основы организации сетей Cisco. Том 2 (2002)(ru)

ленной конечной станцией (т.е. расположенной в другом участке распределенной сети), инфор- мация передается по одному или нескольким каналам распределенной сети (WAN link). Точ- ками соединения в распределенной сети являются маршрутизаторы. Они определяют оптималь- ный путь через сеть, по которому пройдут требуемые потоки данных.

Как было сказано в главе 8, "Распределенные сети", обмен информацией в таких сетях обыч- но называется службой, поскольку сетевые провайдеры, обеспечивающие обмен, часто взимают плату с пользователей за этот сервис. Коммутация пакетов (packet-switching) и коммутация каналов (circuit-switching) представляют собой два типа служб в распределенных сетях. Каж- дый из этих двух типов имеет свои достоинства и недостатки. Например, сети с коммутацией каналов предоставляют пользователю выделенную полосу пропускания, которая не может ис- пользоваться другими пользователями. В отличие от этого, коммутация пакетов представляет собой метод коммутации в распределенной сети, при котором сетевые устройства совместно ис- пользуют один канал типа "точка-точка" для транспортировки пакетов от отправителя к адреса- ту через несущую сеть. Сети с коммутацией пакетов обычно обладают большей гибкостью и ис- пользуют полосу пропускания эффективнее, чем сети с коммутацией каналов.

Традиционно распределенным сетям присущи относительно низкая пропускная способность, задержки и высокий уровень ошибок. Соединения в распределенных сетях характеризуются стоимостью аренды носителя (т.е. провода) у провайдера услуг, предоставляющего кабель для соединения двух или более групп зданий (campus) или промплощадок. Поскольку инфраструк- тура распределенной сети часто арендуется у провайдера, при проектировании сети необходимо оптимизировать стоимость и эффективность использования полосы пропускания. При разработ-

ке технологий распределенных сетей ставилась задача удовлетворения перечисленных ниже требований.

∙Оптимизация полосы пропускания распределенной сети.

∙Минимизация стоимости.

∙Достижение максимальной эффективности службы для конечного пользователя.

Впоследнее время возросла нагрузка на традиционные сети с общей передающей средой. Это связано с появлением перечисленных ниже новых требований к сетям.

∙Увеличение потребления сетевых ресурсов на предприятиях использующих для по- вышения производительности клиент/серверные, мультимедийные и другие прило- жения.

∙Происходящее повышение уровня требований приложений (например, Push- технологии) и тенденция дальнейшего движения в этом направлении.

∙Рост стоимости сети, приводящий к увеличению расходов.

∙Повышенные требования приложений, предоставляющих услуги конечным пользова- телям, к качеству сетевых служб.

∙Беспрецедентное количество соединений, устанавливаемых между разнообразными офисами, удаленными и мобильными пользователями, международными подразделе- ниями, потребителями/поставщиками, и широкое использование Internet.

∙Взрывной рост корпоративных сетей intranet и extranet значительно повысил требова- ния к полосе пропускания.

∙Значительно возросло использование серверов предприятий для удовлетворения ком- мерческих нужд организаций.

По сравнению с имеющимися распределенными сетями, новые сети должны быть более сложными по структуре, базироваться на новых технологиях и иметь возможность удовлетво- рять постоянно увеличивающиеся и быстро меняющиеся требования приложений с гарантиро- ванным уровнем обслуживания. Кроме того, в связи с увеличением сетевых потоков на 300%, ожидающимся в ближайшие пять лет, предприятиям придется приложить большие усилия по

сдерживанию роста накладных расходов на использование распределенных сетей.

Для удовлетворения этих новых требований проектировщики используют технологии рас- пределенных сетей. Соединения распределенных сетей, как правило, передают важную инфор- мацию и оптимизируются по цене и эффективности использования полосы пропускания. Мар- шрутизаторы, соединяющие промплощадки, применяют оптимизацию потока данных, множест- венные пути для передачи избыточных данных, резервные соединения на случай аварий и сред- ства повышения качества обслуживания (quality of service, QoS) для особо важных приложений. В табл. 9.1 обобщаются различные технологии распределенных сетей, которые позволяют удов- летворить указанные требования.

Таблица 9.1. Обзор технологий распределенных сетей

Технология Применение

Интеграция распределенных и локальных сетей

Распределенные приложения, требующие большей полосы пропускания, а также взрывной рост Internet подводят многие архитектуры локальных сетей к пределу их физических возмож- ностей. Значительно возрос уровень обмена голосовыми данными, который все чаще использу- ется в централизованных системах голосовой почты (voice mail system). Сеть является жизненно важным инструментом для поддержания информационного потока. От сетей требуется меньшая

стоимость и одновременно поддержка все большего числа новых приложений и все большего количества пользователей с повышенными требованиями к эффективности работы сети.

До настоящего времени локальные и распределенные сети оставались логически разделен- ными. В локальных сетях полоса пропускания является бесплатной и возможности связи огра- ничиваются только аппаратным обеспечением и стоимостью реализации. В распределенных се- тях оплата за использование полосы пропускания вызывает большую часть затрат, а данные, чувствительные к задержкам, например голосовые, передаются отдельно от остальных данных.

Internet-приложения, передающие речь и видео в реальном времени, требуют лучшей и более предсказуемой работы локальных и распределенных сетей. Подобные мультимедийные прило- жения быстро становятся основным средством повышения производительности труда. По мере того как предприятия начинают планировать развертывание новых intranet-приложений, муль- тимедийных приложений, таких как видеообучение, видеоконференции и передача голоса через IP-сети (voice over IP), интенсивно использующих полосу пропускания, нагрузка подобных при- ложений на существующую сетевую инфраструктуру вызывает граничит с пределами ее воз-

можностей.

Например, в случае, если компания полагается на свою корпоративную сеть для передачи особо важного для ее работы потока данных и желает использовать интерактивные видео при- ложения, то она должна быть способна обеспечить гарантированное качество обслуживания (QoS). Это означает, что сеть должна доставлять мультимедийные данные, не допуская при этом их "столкновения" с основными данными. Следовательно, проектировщикам сети необходимо проявить достаточную гибкость при решении многочисленных проблем межсетевого взаимо- действия, не создавая при этом избыточных сетей и по возможности использовать уже сущест- вующие капиталовложения в коммуникации.

Первый этап проектирования распределенной сети

Проектирование распределенной сети может оказаться достаточно трудной задачей. В по- следующем обсуждении очерчены области, на которые следует обратить особое внимание при планировании распределенной сети. Выполнение описанных ниже рекомендаций поможет улучшить показатели стоимости и производительности распределенной сети. Предприятия мо- гут непрерывно улучшать свои распределенные сети, используя эти рекомендации в процессе планирования.

Двумя основными целями проектирования и реализации распределенной сети являются сле- дующие.

∙Доступность приложений. Сети переносят данные приложений между компьютера- ми. Если приложения недоступны пользователям, то сеть не выполняет свои основ- ные функции.

∙Снижение общей стоимости сети. В США бюджеты отделов информационных сис- тем часто составляют миллионы долларов. Поскольку крупные предприятия все более полагаются на электронные данные в управлении производственными процессами, общая стоимость компьютерных ресурсов будет постоянно возрастать. Хорошо спро- ектированная распределенная сеть способна помочь сбалансировать эти цели, а реа- лизованная должным образом инфраструктура распределенной сети может оптимизи- ровать доступность приложений и позволит более эффективно использовать сущест- вующие ресурсы в финансовом отношении.

Вцелом при проектировании распределенной сети следует учитывать три следующих ос- новных фактора.

∙Переменные окружения. Переменные окружения включают в себя расположение хос- тов, серверов, терминалов и других конечных узлов, проектируемый объем передачи данных через среду и предполагаемую стоимость доставки служб различных уровней.

∙Существующие ограничения производительности. Они связаны с уровнем надежно-

сти сети, шириной полосы пропускания потока данных и быстродействием клиент- ских компьютеров (например, скорости доступа к сетевым адаптерам и жестким дис- кам).

∙Сетевые переменные. Сетевые переменные включают в себя топологию сети, пропу- скную способность линии и объем потока данных. Характеристики потока данных чрезвычайно важны для успешного планирования распределенной сети, однако очень немногие проектировщики внимательно учитывают этот важнейший элемент проек- тирования, если вообще обращают на него внимание.

_________________________________________________________________________

Инженерный журнал: характеристики потока данных

При проектировании распределенной сети огромное значение имеют тип потока данных, проходящих по сети.

Проектирование распределенной сети необходимо начать со сбора данных о структуре и производственных процессах предприятия. Затем следует определить основных сотрудников предприятия, которые могут помочь в процессе проектирования сети. Проектировщик должен выяснить месторасположение основных пользователей, приложения, которыми они пользуются, и их планы на будущее. Окончательный проект сети должен отражать все требования пользова- телей.

Вообще пользователям прежде всего необходима доступность их приложений в сети. Ос- новными компонентами доступности приложений являются время отклика (response time), про- пускная способность и надежность.

∙Время отклика — это время между вводом команды (или нажатием клавиши) и ее выпол- нением операционной системой хоста (или доставкой ответа с сервера). Приложения, предназначенные для интерактивной работы, например, автоматизированные кассы и торговые автоматы, следует считать критичными к быстрому отклику.

∙Приложения, интенсивно использующие полосу пропускания, как правило, при работе совершают операции по передаче файлов. Однако обычно они предъявляют низкие тре- бования к времени отклика. Эти приложения можно настроить на запуск в такое время, когда сокращается чувствительный ко времени отклика обмен данными (например, в не- рабочее время).

∙Хотя надежность важна всегда, некоторые приложения предъявляют требования, превы- шающие обычные. Организации, которые должны быть почти постоянно в полной готов- ности, проводят все операции по телефону или в реальном времени. Финансовые служ- бы, торговля ценными бумагами, скорая помощь, полиция и военные операции — вот не- сколько примеров подобных организаций. Такие ситуации предъявляют очень высокие требования к аппаратному обеспечению и требуют наличия резервных вариантов. Учет стоимости времени простоя является основой при обеспечении необходимого уровня на- дежности такой сети.

Существует целый ряд способов изучения пользовательских требований. Чем больше поль- зователей включается в этот процесс, тем точнее будет оценка. В общем плане рекомендуется использовать следующие методы получения информации.

∙Профили пользовательских групп. На первом этапе определения требований сети попытай- тесь описать потребности различных групп пользователей. Хотя большая часть пользова- телей имеет примерно одинаковые требования к электронной почте, у некоторых из них могут быть специфические требования, например, у пользователей, совместно исполь- зующих серверы печати в финансовом отделе.

∙Интервью, фокус-группы и опросы определяют принципиальный подход к реализации се- ти. Некоторым группам может потребоваться доступ к общим серверам. Другие могут выразить желание предоставить внешний доступ к специфическим внутренним вычисли- тельным ресурсам. Для некоторых организаций может потребоваться поддержка со сто- роны информационного отдела, которая будет контролироваться определенным образом, согласно каким-либо внешним стандартам. Еще один способ получения информации — это проведение формальных опросов в наиболее важных группах пользователей. Также могут использоваться фокус-группы для сбора информации и организации дискуссий между разными предприятиями со сходными (или несходными) интересами. И, наконец, формальный опрос может использоваться для получения статистически достоверной ин- терпретации пожеланий пользователей относительно определенного уровня обслужива- ния.

∙Тестирование человеческого фактора. Проведение лабораторного теста с привлечением представителей пользовательских групп — наиболее дорогой, отнимающий много вре- мени но, возможно, наиболее эффективный метод изучения пользовательских требова- ний. Он особенно полезен при оценке требований ко времени отклика. Например, можно установить работающую систему и привлечь пользователей для имитации в лаборатор-

ной сети обычной активности удаленных хостов. Изучая реакцию пользователя на "жи- вой" отклик хоста, можно определить реальные значение требуемой производительно- сти.

После сбора данных об организационной структуре необходимо определить ин- формационные потоки компании, т.е. выяснить, где расположены данные, предоставленные для совместного доступа, и кто их использует. Необходимо также определить, необходим ли доступ к данным за пределами сети компании.

Проектировщику следует разобраться в проблемах существующей сети и, если позволяет время, проанализировать производительность этой сети.

_________________________________________________________________________

Вашингтонский проект: понимание потребностей заказчика

Первое и главное — необходимо понять заказчика. В рассматриваемом случае учеб- ного округа заказчиками являются преподаватели, студенты, обслуживающий персонал

и администрация.

Необходимо определить, имеются ли в округе четко определенные правила и отве- тить на следующие вопросы.

∙Есть ли в округе данные, жизненно важные для функционирования предприятия?

∙Выполняются ли в округе операции, считающиеся жизненно важными?

∙Какие протоколы можно использовать в сети округа?

∙Все ли типы рабочих станций поддерживаются или только некоторые?

Жизненно важные данные и операции рассматриваются в качестве ключевых для функционирования сети, а доступ к ним является особенно важным при ежедневном выполнении стандартных операций. Далее следует определить, кто в организации об-

ладает полномочиями на установку адресации, задание имен, на установку конфи-

гурации и планирование топологии. В некоторых округах есть центральный департа- мент управления информационными системами (Management Information Systems MIS), который контролирует все эти вопросы. В других этот департамент очень мал и поэтому полномочия передаются отделам.

_________________________________________________________________________

Анализ требований

При проектировании следует проанализировать предъявляемые к сети требования, включая технические и деловые цели заказчика. Какие новые приложения будут установлены? Сущест- вуют ли приложения, основанные на использовании Internet? Какие новые сети будут доступны? Что является критерием успеха (т.е. как узнать, успешен ли проект)?

Полезность сети измеряется ее доступностью. На доступность влияют многие факторы, та- кие как пропускная способность, время отклика и доступ к ресурсам. У каждого заказчика есть свое определение доступности. Доступность можно увеличить путем добавления ресурсов, но такой путь увеличивает стоимость. При проектировании сети необходимо искать способы обес- печения большей доступности с меньшими затратами.

_________________________________________________________________________

Вашингтонский проект: анализ доступности

Необходимо выяснить, что означает понятие доступность для заказчиков, которыми в случае Вашингтонского учебного округа являются преподаватели, студенты, обслужи- вающий персонал и администрация. Анализируя технические требования, следует оце- нить нагрузку на сеть, вызванную работой приложений и обычным поведением прото- кола (например, при подключении нового узла к сети). Необходимо определить нагрузку

в худшем случае, то есть во время максимальной занятости пользователей, и во время

запуска регулярных сетевых служб, таких как резервное копирование на файловом сер- вере. Все это поможет понять, что означает доступность для заказчика.

_________________________________________________________________________

Цель анализа — определить для основных участков средний и максимальный объем данных, передаваемых за единицу времени. Следует попытаться охарактеризовать активность в течение обычного рабочего дня в следующих терминах: тип передаваемых данных, их объем, время от- клика хостов, время выполнения передачи файлов т.д. Можно также понаблюдать за использо- ванием существующего сетевого оборудования в течение периода тестирования.

_________________________________________________________________________

Инженерный журнал: измерение объема потока данных

В зависимости от типа передаваемых данных можно использовать одну из четырех следующих методик анализа и измерения объема потока данных.

∙Сетевое управляющее программное обеспечение. В некоторых случаях это про- граммное обеспечение можно использовать для анализа статистики передавае-

мых данных.

∙Измерения в уже существующих сегментах сети. Можно разместить оборудова- ние для сетевого анализа на серверах и для существующего сегмента сети ис- следовать статистические данные, приходящие с маршрутизатора.

∙Процесс оценки. В случаях, когда измерения в существующих сегментах приме- нить нельзя (например, еще нет будущего приложения), можно использовать ка- чественную оценку. В тесном сотрудничестве с администраторами сети и разра- ботчиками программного обеспечения необходимо оценить количество транзак-

ций, их величину и длительность для получения статистических характеристик

потока данных.

∙Метод сравнительных источников (comparative sources). Вероятно, существует возможность найти источники, имеющие сходные характеристики и, основываясь на них, определить соответствующие статистические характеристики потока дан-

ных.

___________________________________________________________________________

Если характеристики протестированной сети близки к аналогичным параметрам новой сети, то можно попытаться оценить число пользователей, приложений и топологию этой новой сети.

В случае отсутствия необходимых инструментов описанный выше метод является наилучшим подходом для приблизительной оценки характеристик потока данных.

В добавление к пассивному мониторингу существующей сети, можно измерить активность и поток данных, который генерируется известным количеством пользователей, подключенных к тестовой сети, а затем сделать выводы, ориентируясь на ожидаемую численность пользователей.

Одной из сложностей при расчете рабочих нагрузок в сетях является то, что практически не-

возможно определить величину потока данных и производительность устройств в сети как функцию числа пользователей, типов приложений и географического расположения. Особенно часто это случается при отсутствии реальной сети.

____________________________________________________________________________________

Вашингтонский проект: анализ сетевой нагрузки и проблем, связанных с потоками данных

Перед разработкой сети округа и установкой аппаратного обеспечения необходимо оп- ределить нагрузку от потока данных, который должен обрабатываться распределенной сетью. Следует определить все источники данных и параметры, которые необходимо

установить для них. На этом этапе очень важно получить характеристику источников,

достаточную для оценки или измерения величины потока данных. Кроме того, необхо- димо опробовать приложения, которые могут вызвать в распределенной сети учебного

округа проблемы, связанные с передачей данных. Ниже представлен ряд приложений, которые могут генерировать большие объемы данных и таким образом привести к про- блемам, например, к перегрузке сети:

∙доступ к Internet;

∙компьютеры, загружающие программное обеспечение с удаленного сервера;

∙передача изображений или видеоинформации;

∙доступ к центральной базе данных;

∙файловые серверы отделов.

Необходимо заранее предусмотреть введение в распределенную сеть новых источни-

ков или приложений наряду с вероятным уровнем роста. Этот шаг может потребовать

продолжительных консультаций с конечными пользователями округа и разработчиками

приложений. Наконец, не стоит забывать о таком важном источнике, как управляющая информация, используемая сетью округа, которая может составлять более 15 процен- тов от общего потока данных.

___________________________________________________________________________

Рассмотрим следующие факторы, влияющие на динамику сети.

∙Зависимость характеристик доступа в сеть от времени. Пиковые периоды могут меняться, и измерения должны проводиться в том числе и в период времени, включающий пиковые запросы.

∙Различия, связанные с типом передаваемых данных. Потоки данных мостов и| маршрути- заторов связаны с различными запросами к сетевым устройствам и протоколам. Некото- рые протоколы чувствительны к потерянным пакетам, а определенные типы приложений требуют большей полосы пропускания.

∙Случайная природа характеристик потока данных в сети. Нельзя предсказать точное время прибытия и специфические эффекты передаваемых данных.

Укаждого источника данных есть своя метрика, которую необходимо прообразовать в ско- рость (количество битов в секунду). Проектировщику следует стандартизировать оценку коли-

чества передаваемых данных с целью определения удельного объема потока данных на одного пользователя. Наконец, следует применить какие-либо коэффициенты для учета непроизводи- тельных затрат протокола, фрагментации пакетов, роста потока и проблем безопасности. Изме- няя эти коэффициенты, можно проводить анализ потока данных и прогнозировать его. Напри- мер, можно запустить Microsoft Office на сервере и затем анализировать объем данных, генери- руемых пользователями, совместно использующими это приложение в сети. Полученное значе- ние поможет определить полосу пропускания и требования к серверу для установки Microsoft Office в сети.

Проверка чувствительности к отказам

С практической точки зрения, проверка чувствительности к отказам сводится к наблюдению последствий разрыва стабильных соединений. Это относительно проcто реализуется во время работы с тестовой сетью. Можно нарушить работу сети путем удаления какого-либо активного интерфейса и затем проследить, как сеть обрабатывает произошедшие перемены — как проис- ходит перемаршрутизация потока данных, какова скорость конвергенции, не теряется ли связь и не возникают ли проблемы пpи обработке специфических типов данных. Можно также изме-

нить уровень потока данных в сети для того, чтобы определить, как влияет на сеть объем потока данных, вызывающий насыщение передающей среды.

Определение и выбор возможностей сети

После анализа предъявляемых к сети требований проектировщик должен идентифицировать, а затем выбрать конкретные решения, соответствующие вычислительной среде. Информация, приведенная в следующих разделах поможет осуществить эти действия.

Идентификация и выбор сетевой модели

Иерархические модели сетевого проектирования позволяют осуществлять поуровневое про- ектирование сетей. Для понимания важности разделения на уровни рассмотрим эталонную мо- дель взаимодействия открытых систем (OSI), которая является иерархической моделью, облег- чающей понимание и реализацию компьютерных коммуникаций. Благодаря подразделению на уровни, эталонная модель OSI упрощает задачи, которые необходимо решить для осуществле- ния обмена информацией между двумя компьютерами. Иерархические модели сетевого проек- тирования также используют уровни для упрощения задач, возникающих при организации меж- сетевого взаимодействия. Каждый уровень специализируется на выполнении присущих именно ему функций, что позволяет проектировщику выбирать соответствующие конкретному уровню системы и характеристики.

Использование иерархического проектирования может облегчить внесение изменений в ар- хитектуру сети. Модульность проектирования сети позволяет создать такие элементы проекта, которые могут быть отдельно изменены в случае роста сети. Поскольку каждый элемент проек- та сети требует изменений, стоимость и комплексность усовершенствований в значительной степени зависит от небольшой части сети. В крупной сети с простой или замкнутой архитекту- рой перемены оказывают воздействие на большое количество систем. Структурируя сеть на не- большие, простые для понимания элементы, можно облегчить нахождение аварийных участков сети. При этом администраторам сети значительно легче определить ключевые точки перехо- дов, что, в свою очередь, помогает определить места, в которых произошли сбои.

Иерархическая модель проектирования сети

Проекты сетей имеют тенденцию следовать одной из двух общих стратегий проектирования: замкнутой или иерархической. В замкнутой структуре сетевая топология проста. Все маршрути-

заторы выполняют в целом одинаковые функции и обычно нет четкого определения участков сети, в которых выполняются специфические функции. Расширение сети в этом случае проис- ходит, как правило, случайным и произвольным образом. В случае иерархической структуры сеть разделена на уровни, каждый из которых выполняет специфическую функцию. Ниже пред- ставлены преимущества использования иерархической модели проектирования.

∙ Расширяемость. Сети, построенные на базе иерархической модели, могут увеличиваться без нанесения ущерба контролю или управляемости. Это связано с тем, что функцио-

нальность сети локализована и потенциальные проблемы распознаются значительно проще. Примером крупномасштабного иерархического сетевого проекта может служить общедоступная коммутируемая телефонная сеть.

∙Простота реализации. Иерархическое проектирование предписывает каждому уров- ню выполнение его специфических функций, облегчая реализацию сети.

∙Простота устранения неисправностей. Поскольку функции каждого уровня четко определены, упрощается поиск источника возникших проблем. Облегчается также временное сегментирование сети для сужения круга поиска проблем.