2. Методология построения корпоративной сети
Перед тем как излагать основы методологии построения корпоративных сетей, необходимо дать сравнительный анализ технологий, которые могут быть использованы в корпоративных сетях.
Сравнение современных технологий передачи данных
Современные технологии передачи данных могут быть классифицированы по методам передачи данных.
В общем случае, можно выделить три основных метода передачи данных:
коммутация каналов;
коммутация сообщений;
коммутация пакетов.
Все другие методы взаимодействия являются как бы их эволюционным развитием. Например, если представить технологии передачи данных в виде дерева, то ветвь коммутации пакетов разделится на коммутацию кадров и коммутацию ячеек.
Напомним, что технология коммутации пакетов была разработана более 30 лет назад для снижения накладных расходов и повышения производительности существующих систем передачи данных. Первые технологии коммутации пакетов – Х.25 и IP были спроектированы с учетом возможности работы с каналами связи плохого качества. При улучшении качества стало возможным использовать для передачи информации такой протокол, как HDLC, который нашел свое место в сетях Frame Relay. Стремление достичь большей производительности и технической гибкости послужило толчком разработки технологии SMDS, возможности которой затем были расширены стандартизацией ATM.
Одним из параметров, по которому можно проводить сравнение технологий, является гарантия доставки информации. Так, технологии Х.25 и ATM гарантируют надежную доставку пакетов (последняя с помощью протокола SSCOP), a Frame Relay и SMDS работают в режиме, когда доставка не гарантирована. Далее, технология может гарантировать, что данные будут поступать их получателю в последовательности отправления. В противном случае порядок должен восстанавливаться на принимающей стороне. Сети с коммутацией пакетов могут ориентироваться на предварительное установление соединения или просто передавать данные в сеть. В первом случае могут поддерживаться как постоянные, так и коммутируемые виртуальные соединения. Важными параметрами также являются наличие механизмов контроля потока данных, системы управления трафиком, механизмов обнаружения и предотвращения перегрузок и т. д. В табл. 2.1 производится сравнение технологий по этим параметрам.
Таблица 2.1. Сравнение протоколов
Технология / Параметр
|
ATM
|
SMDS
|
Frame Relay
|
IP
|
Х.25
|
Единица коммутации
|
Ячейка
|
Ячейка
|
Кадр
|
Пакет
|
Пакет
|
Режим работы
|
С установлен нем и без установления соединения
|
Без установления соединения
|
С установлением соединения
|
Без установления соединения
|
С установлением соединения
|
Тип соединения
|
PVC, SVC
|
—
|
PVC, SVC
|
—
|
PVC,SVC
|
Гарантированная доставка
|
С помощью протокола SSCOP
|
Нет
|
Нет
|
Нет
|
Да
|
Сохранение последовательности
|
Да
|
Да
|
Да
|
Нет
|
Да
|
Повторная передача
|
С помощью протокола SSCOP
|
Нет
|
Нет
|
Нет
|
Да
|
Контроль трафика
|
PCR, SCR
|
Класс доступа
|
CIR, EIR
|
Нет
|
Нет
|
Контроль потока
|
Нет
|
Нет
|
Нет
|
Нет
|
Да
|
Контроль перегрузки
|
Да
|
Нет
|
Да
|
Нет
|
Да
|
Сравнение технологий можно также проводить по таким критериям, как эффективность схемы адресации или методов маршрутизации. Например, используемая адресация может быть ориентирована на географическое расположение (телефонный план нумерации), на использование в распределенных сетях или на аппаратное обеспечение. Так, протокол IP использует логический адрес, состоящий из 32 бит, который присваивается сетям и подсетям. Схема адресации Е.164 может служить примером схемы, ориентированной на географическое расположение, а МАС-адрес является примером аппаратного адреса. Технология Х.25 использует номер логического канала (Logical Channel Number — LCN), а коммутируемое виртуальное соединение в этой технологии применяет схему адресации Х.121. В технологии Frame Relay в один канал может «встраиваться» несколько виртуальных каналов, при этом отдельный виртуальный канал определяется идентификатором DLCI (Data-Link Connection Identifier). Этот идентификатор указывается в каждом передаваемом кадре. DLCI имеет только локальное значение; иначе говоря, у отправителя виртуальный канал может идентифицироваться одним номером, а у получателя — совсем другим. Коммутируемые виртуальные соединения в этой технологии опираются на схему нумерации E.I 64. В заголовки ячеек ATM заносятся уникальные идентификаторы VCI/VPI, которые изменяются при прохождении ячеек через промежуточные коммутирующие системы. Коммутируемые виртуальные соединения в технологии ATM могут использовать схему адресации E.I 64 иди AESA.
Маршрутизация пакетов в сети может выполняться статически или динамически и быть либо стандартизованным механизмом для определенной технологии, либо выступать в качестве технической основы. Примерами стандартизованных решений могут служить протоколы динамической маршрутизации OSPF или RIP для протокола IP. Применительно к технологии ATM Форум ATM определил протокол маршрутизации запросов на установление коммутируемых виртуальных соединений PNNI, отличительной особенностью которого является учет информации о качестве обслуживания. Таблицы 2.2 и 2.3 содержат сравнительные характеристики технологий глобальных и локальных сетей.
Таблица 2.2. Сравнение технологий глобальных сетей
Параметр\ Технология |
ATM |
SMDS |
Frame Relay |
IP |
X.25 |
|
План адресации
|
Е.164, AESA, VCI/VPI |
Е.164 |
E.164,DLCI |
IP |
X.121,LCN |
|
Максимальный размер пакета (в байтах)
|
65 535 |
9188 |
8192 |
65535 |
1024 |
|
Инкапсуляция IP-дейтаграмм
|
RFC 1483 |
RFC 1209 |
RFC1490 |
- |
RFC 877 |
|
Маршрутизация
|
PNNI |
ISSI |
Нет |
OSPF,RIP и др. |
Нет |
|
Связь между абонентами |
||||||
Связь- точка |
Да |
Да |
Да |
Да |
Да |
|
Групповая доставка |
Нет |
Да |
Да |
Да |
Нет |
|
Связь точка - группа |
Да |
Нет |
Нет |
Нет |
Нет |
|
Помимо перечисленных, одним из наиболее важных критериев выбора технологии является эффективность передачи информации. Здесь можно проследить следующую зависимость — увеличение количества предоставляемых технологией сервисных возможностей чаще всего приводит к снижению эффективности. Для примера можно сравнить три основные технологии передачи данных — Frame Relay, ATM и SMDS. При сравнении предполагалось использование уровня адаптации AAL5 ATM (рис. 2.1).
Таблица 2.3. Сравнение технологий локальных сетей
Параметр/Технология
|
ATM
|
FDDI
|
FDDI-II
|
Fast Ethernet
|
Пропускная способность, Мбит/с
|
25-600
|
100
|
100
|
100
|
Резервирование полосы пропускания
|
Да
|
Нет
|
Да
|
Да
|
Множество классов трафика
|
Да
|
Нет
|
Да
|
Да
|
Стоимость сетевого проекта
|
Средняя
|
Высокая
|
Высокая
|
Низкая
|
Использование существующей кабельной системы
|
Да
|
Нет
|
Нет
|
Да
|
Масштабируемость по скорости
|
Да
|
Нет
|
Нет
|
Да
|
Масштабируемость до глобальных сетей
|
Да
|
Нет
|
Нет
|
Нет
|
Напомним, что технология Frame Relay поддерживает кадры переменной длины, и накладные расходы при этом составляют 5-7 байт на один кадр. Можно сказать, что Frame Relay наиболее эффективная технология с точки зрения вносимых накладных расходов на передачу. Однако она может не обеспечить приемлемое качество обслуживания, особенно в тех ситуациях, когда передаваемые кадры имеют большой размер. Наибольший (стандартизованный) размер кадра составляет 1600 байт, хотя в саму технологию заложена поддержка кадров длиной до 8192 байт. Как видно из рис. 2.1, эффективность Frame Relay достигает практически 100 %.
Технология ATM при использовании уровня адаптации AAL5 обеспечивает функциональность, схожую с Frame Relay, и гибче при смешивании трафика с большими пакетами данных с трафиком, чувствительным к задержкам. Уровень адаптации AAL5 поддерживает пакеты до 64 Кбайт, чего не позволяют ни Frame Relay, ни SMDS. Однако при формировании ячеек к пакету добавляются восемь байт окончания и пять байт заголовка ячейки, что снижает эффективность ATM примерно на 17%. Так как пакеты переменной длины упаковываются в серию ячеек, эффективность снижается заметно, особенно в тех ситуациях, когда только несколько байт пакета попадают в последнюю ячейку. В общем случае, эффективность передачи информации в сетях ATM для очень больших пакетов достигает 90 %.
Технология SMDS использует формат ячеек DQDB. При этом накладные расходы аналогичны AAL3/4. Пакеты в технологии SMDS могут иметь длину до 9188 байт, что немногим больше, чем в технологии Frame Relay, а эффективность передачи ограничивается 80 % для очень больших пакетов.
В качестве итога данного раздела приведены четыре таблицы, в которых проводится сравнение технологий по различным критериям и показателям (табл. 2.4, 2.5, 2.6 и 2.7).
Таблица 2.4. Сравнение технологий
Поддержка\ Технология |
Gigabit Ethernet |
Fast Ethernet |
ATM |
FDDI |
Протокол IP |
Да |
Да |
Требуется реализация RFC 1557,LANE, MPOA и/или IPNNI |
Да |
Кадры Ethernet |
Да |
Да |
Требуется технология LANE |
Да, по стандарту 802.1h |
Видеоприложения |
Да |
Да |
Да, но может потребоваться изменение приложений |
Да |
Качество обслуживания |
Да, с протоколом RSVP и/или 802.1Q/p |
Да, с протоколом RSVP и/или 802.1Q/p |
Да |
Да, с протоколом RSVP и/или 802.1p |
Виртуальные сети IEEE 802.1Q/p |
Да |
Да |
Требуется отображение LANE на 802.1Q |
Да |
Таблица 2.5. Сравнение технологий II
Характеристика\ Технология
|
ATM
|
Коммутируемый Ethernet или Token Ring
|
Преимущества ATM
|
Пропускная способность
|
От 25.6 Мбит/с до 1.2 Гбит/с с поддержкой полнодуплексной передачи
|
4,10,16 или 100 Мбит/с; рабочая станция, подключаемая к порту коммутатора, может работать в полнодуплексном режиме
|
Обработка множества потоков аудио-, видеоинформации и данных одновременно
|
Доступ к магистрали
|
Поддерживает несколько каналов связи локального коммутатора с магистралью
|
Возможен только один канал связи до магистрали
|
При увеличении пользовательских требований к пропускной способности позволяет повысить скорость передачи и отказоустойчивость
|
Качество обслуживания
|
ABR,CBR,VBRnUBR для виртуального соединения (эти аббревиатуры определяют категории служб ATM и рассмотрены ниже)
|
UBR только для физического канала связи
|
Мультимедийная информация высокого качества может одновременно передаваться по сети сданными
|
Контроль трафика
|
От отправителя до получателя через всю сеть
|
Отсутствует, так как коммутаторы, связующие каналы, являются разделяемыми ресурсами
|
Обеспечивается максимальное использование доступных сетевых ресурсов
|
Групповая доставка
|
Выполняется средствами коммутаторов ATM
|
Реализуется с помощью специальных протоколов (в зависимости от моделей коммутаторов)
|
Гибкость при доставке мультимедийной информации пользователям
|
Задержка
|
Задаваема,предсказуема и является постоянной величиной
|
Меняется в зависимости от трафика
|
Позволяет функционировать критичным к задержкам приложениям
|
Контроль доступа к сети
|
Технология ориентирована на предварительное установление соединения. Перед началом работы в сети конечная станция должна зарегистрироваться на коммутаторе, который может отклонить или принять этот запрос в зависимости от административных установок
|
Взаимодействие любых конечных станций в сети происходит без всяких проверок. При включении функций фильтрации могут ухудшиться рабочие характеристики коммутаторов в сети
|
Высокая надежность и низкая стоимость обслуживания
|
Таблица 2.6. Сравнение технологий III
Технология\ Описание
|
Характеристика
|
Недостатки
|
Резюме
|
Коммутируемый Ethernet
|
Использует существующие сетевые адаптеры. Конечные станции могут работать в полнодуплексном режиме. Доступны каналы связи с магистралью ATM. Ограниченное использование для мультимедийных приложений. Позволяет удалить из сети устаревшие мосты и маршрутизаторы, что повышает управляемость и производительность. Сохраняет сделанные инвестиции в сетевое оборудование
|
Отсутствует контроль трафика; Нет стандартных механизмов обеспечения качества обслуживания
|
Подходит для рабочих групп. Возможна постепенная миграция к более высоким скоростям с помощью сегментации существующей сети
|
ATM
|
Повышает управляемость сети и снижает ее сложность. Поддерживает все стандартные кабельные системы. Высокая пропускная способность
|
Требует новые сетевые адаптеры для всех подключаемых напрямую, конечных станций и серверов
|
Превосходный выбор для будущих приложений, требовательных к пропускной способности
|
Коммутируемый Ethernet в качестве магистрали сети
|
Удаляет из сетевой инфраструктуры некоторые мосты и маршрутизаторы, что упрощает управление. Доступны каналы связи с магистралью ATM. Хорошее решение для построения коллапсированной сетевой магистрали |
Не масштабируема, так как каналы связи между коммутаторами локальных сетей находятся в общем пользовании; Нет стандартных механизмов обеспечения качества обслуживания; Большое количество возможных точек сбоя
|
Может применяться для повышения производительности существующих локальных сетей; Нецелесообразно использовать для построения магистралей больших промышленных сетей
|
ATM в качестве магистрали сети
|
Гибкое решение (доступны скорости передачи от 25.6 до 622 Мбит/с). Легкая в управлении сеть. Предсказуемое время ответа. Возможность объединения каналов связи для повышения общей производительности. Единый протокол передачи данных как для локальных, так и для глобальных сетей |
Требует наличия новых магистральных коммутаторов; Обеспечивает максимальную эффективность только при реализации во всей распределенной сети
|
Эффективна для рабочих групп, построенных на базе коммутаторов локальных сетей; Магистраль на базе технологии ATM является хорошим решением при необходимости постепенной миграции к более высоким скоростям
|
Таблица 2.7. Сравнение технологий IV
Характеристика/ Технология
|
FOOI
|
100VG-AnyLan
|
Fast Ethernet
|
ATM
|
Gigabit Ethernet
|
Максимальная длина сегмента
|
2 км (многомо-довый оптоволоконный кабель)
|
100м (кабели категорий 3, 4 или 5)
|
100 м (кабель категории 5); 412 м/2 км (оптоволоконный кабель)
|
200 м(кабель категории 5); 2 км (оптоволоконный кабель — ОСЗ)
|
25-100 м(кабель категории 5); 550-2000 м (оптоволоконный кабель)
|
Диаметр сети
|
100 км
|
200-6000 м
|
205-320 м
|
N/A
|
Определяется конкретным стандартом
|
Скорость передачи, Мбит/с
|
100
|
100
|
100
|
25.6-622
|
1 Гбит/с
|
Метод доступа к среде передачи
|
Передача маркера
|
Приоритет запросов
|
CSMA/CD
|
Установление соединений (PVC/SVC)
|
CSMA/CD
|
Тип транспортного кадра
|
IEEE 802.5
|
Ethernet и Token Ring
|
Ethernet
|
Ячейка размером 53 байта
|
Ethernet
|
Режим полнодуплексной передачи
|
Есть
|
Нет
|
Есть
|
Есть
|
Есть
|
Передача мультимедиа
|
Реализована в стандарте FDOI II
|
Есть
|
Нет
|
Есть
|
Есть(стандарт IEEE 802.1p/Q)
|
Интеграция с существующими локальными сетями
|
Есть
|
Есть
|
Есть
|
Есть
|
Есть
|
Приоритетная область применения
|
Магистраль сети
|
Мульти- медиа, видеоконференции
|
Высокоско- ростной доступ к серверам рабочих групп
|
Магистраль сети
|
Высокоскоростной доступ к серверам организации
|
Сравнительная стоимость реализации
|
Средняя
|
Низкая
|
Низкая
|
Высокая
|
Средняя
|
Теперь, перечислив и сравнив основные технологии, которые может задействовать разработчик, давайте перейдем к базовым вопросам и методам, используемым при проектировании и разработке сети.