 |
Проблемы Gigabit Ethernet.
|
|
|
|
Вы наверняка наслышаны о следующем поколении Ethernet, технологии Gigabit Ethernet, обещающей сверхвысокую производительность для корпоративных сетей. Возможно, вы также в курсе, что сети Gigabit Ethernet появятся очень скоро, и все будут использовать только их, что поможет решить большинство ваших основных проблем с сетями.
По всей видимости, многие производители хотят, чтобы картина была именно такой. Но на самом деле технология Gigabit Ethernet не появится в ближайшее время. Информация об уже существующих готовых продуктах воспринимается весьма скептически. Да и круг проблем, которые технологии предстоит решить, весьма ограничен, по крайней мере в этом десятилетии.
Некоторые производители в своих рекламных проспектах и пресс-релизах уверяют, что пользоваться этой технологией будет легче легкого, так как она представляет собой тот же Ethernet, хотя и значительно более мощный. Однако, работая в условиях напряженной загрузки сетей будущего, Gigabit Ethernet должен значительно превосходить по своим функциональным возможностям традиционный Ethernet. Простого количественного роста недостаточно. Gigabit Ethernet, например, придется работать с чувствительным к задержкам информационным потоком, да и вообще с такими типами трафика, которые сейчас трудно себе представить.
Когда же на самом деле мы получим технологию Gigabit Ethernet? Первые, я подчеркиваю, первые стандарты могут появиться не раньше 1998 года. Но сейчас мы даже не знаем, какие правила передачи данных тогда будут действовать. Мы не знаем также, какие ограничения на расстояния будут актуальны к тому времени. К тому же в последний раз, когда я интересовалась этим вопросом, общепринятые стандарты на кабельную проводку для локальных сетей не предусматривали передачи данных со скоростью большей, чем 100 Мбит/с.
|
|
|
Даже если первые технологические стандарты появятся к 1998 году, пройдет еще много времени, прежде чем будет выработан полный комплект стандартов. Уже более 80 придирчивых компаний состоит на данный момент в сообществе Gigabit Ethernet Alliance. Можете себе представить, как быстро им удастся прийти к какому-либо решению.
Предсказания быстрого распространения технологий совершенно голословны. В одном заявлении, взятом на вооружение энтузиастами всего нового, говорится, что 80% сетевых администраторов планирует перейти на Gigabit Ethernet. Звучит впечатляюще, но надо заметить, что опрос проводился среди 40 крупнейших компаний (остальные опрашиваемые представляли сетевых интеграторов). Опыт мне подсказывает, что лидирующие компании поддержат любое начинание. Это вовсе не означает, что технология действительно лучше, чем другие. Это не означает также, что компания собирается заниматься данной технологией.
Какие же проблемы может решить Gigabit Ethernet? Вероятно, если возникнет необходимость объединить несколько коммутаторов Fast Ethernet, эта технология будет как нельзя кстати. Однако сложные проблемы, с которыми многим организациям предстоит встретиться в ближайшие пять лет, выходят далеко за рамки обеспечения более широких каналов при объединении коммутаторов Fast Ethernet. В таких новых областях, как корпоративные сети, а также видео- и голосовые локальные сети, необходимо наличие системы, умеющей обращаться с множеством типов и непредсказуемыми моделями трафика.
Уже сегодня существует технология ATM (Asynchronous Transfer Mode - режим асинхронной передачи данных), способная решить подобные проблемы. Зачем же ждать, пока устаревающий Ethernet будет пересмотрен, переработан и переименован?
Я подозреваю, что производители, которые не могут похвастаться выпуском работающей продукции для ATM, пытаются попридержать рынок. Трудно поверить, что сетевые администраторы приостановят запланированные изменения и будут терпеливо дожидаться появления технологии Gigabit Ethernet.
|
|
|
Gigabit Ethernet не станет жизнеспособной системой еще как минимум в течение полутора лет, и, кроме того, многие проблемы этой технологии пока не решены.
Конечно, Gigabit Ethernet сыграет важную роль в объединении коммутаторов Fast Ethernet, но он никогда не сможет привлечь внимание тех сетевых администраторов, которые хотят найти решение основных проблем управления магистральной сети корпорации.
Некоторые изъяны инфраструктуры могут оказать пагубное влияние на производительность. Перегрузки способны вызвать значительные проблемы, так как некоторые серверы, сетевые платы, шины и другие сетевые компоненты могут не справляться с гигабитными скоростями, что приведет к досадным заторам в сети.
Недостаточная емкость памяти и кэша может также иметь негативный эффект. Например, системы, у которых емкость кэша меньше 1 Мбайт, особенно подвержены перегрузкам.
Другой фактор - блокирующая или неблокирующая архитектура. Очевидно, неблокирующая архитектура имеет преимущества в области производительности, так как она позволяет избежать потери пакетов. Кроме того, неблокирующая архитектура предпочтительнее при больших объемах трафика.
Близкий вопрос - полнодуплексная или полудуплексная система. Большинство коммутаторов Gigabit Ethernet работают в полнодуплексном режиме, и, хотя у двунаправленного канала есть свои преимущества, полнодуплексная передача способна переполнить сеть. Главное, чтобы коммутаторы имели достаточно внутренней емкости для обслуживания трафика.
Управление потоками имеет решающее значение для предотвращения хаоса в сети. С помощью протокола 802.3х принимающие устройства могут "попросить" передающую станцию приостановить передачу, пока буфер коммутатора не освободится для приема следующих данных. Эта схема пригодна для полнодуплексных каналов Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Но некоторые все же полагают, что этот подход недостаточно эффективен, так как в результате перегрузка перемещается из одной части сети в другую.
Gigabit Ethernet имеет относительно примитивные функции QoS, в частности, по сравнению с аналогичными функциями ATM. Несмотря на то что схемы, подобные RSVP и RTP, рассматриваются некоторыми специалистами как эффективные механизмы для обеспечения качества услуг в Gigabit Ethernet, они, скорее всего, не в состоянии гарантировать достаточную производительность для таких приложений, как видео и мультимедиа, в особенности с их усложнением в будущем.
|
|
|
Черновой стандарт IEEE 802.1q описывает теги для трафика в виртуальных локальных сетях (Virtual LAN, VLAN), а 802.1p - идентификаторы приоритета, с помощью которых коммутаторы могут передавать запросы конечных станций о получении приоритета для их трафика вдоль пути передачи данных.
Что касается производителей, их мнения относительно того, когда качество услуг будет все же реализовано, как правило, расходятся. "Мы станем поддерживать RSVP, когда стандарт будет окончательно готов", - говорит Рэнди Каук, системный инженер в Foundry Networks. Однако другие производители уже включают поддержку RSVP в свои продукты.
ВЕРСТОВЫЕ СТОЛБЫ
Ограничение на расстояние может стать весьма существенным фактором. Спецификация 802.3 предусматривает ограничение на расстояние между станциями, а это приводит к проблемам при использовании таких высокоскоростных технологий, как Gigabit Ethernet. Для решения этой проблемы рабочая группа 802.3z предложила несколько видоизменить схему CSMA/CD в Gigabit Ethernet, чтобы протяженность сегмента при гигабитных скоростях можно было увеличить до 200 м.
Эта схема предусматривает увеличение минимального размера пакета с 64 до 512 байт. Пакеты размером менее 512 байт дополняются до нужного размера, благодаря чему передающая станция может обнаружить коллизию до завершения передачи.
По утверждению Боба Гона, менеджера программы по Gigabit Ethernet в 3Com, "у некоторых были сомнения относительно того, что некоторые типы оптического кабеля смогут поддерживать передачу на расстояния, определенные для Gigabit Ethernet". Эти опасения касались в первую очередь многомодового оптического кабеля, а причиной беспокойства была такая потенциальная проблема, как различие в задержке (Differential Mode Delay).
|
|
|
Рабочая группа Gigabit Ethernet 802.3z предложила изменить спецификацию Gigabit Ethernet с целью смягчить проблему дифференцированной задержки. Эта редакция позволит организовывать соединения Gigabit Ethernet протяженностью до 260, 440 или 550 м, в зависимости от диаметра оптического волокна и типа используемого лазера. Рисунок 3 иллюстрирует два различных сценария модернизации оптической сети.
Несмотря на опасения в связи с ограничениями на протяженность многомодового оптического кабеля модернизация оптической магистрали до гигабитных скоростей не вызывает особых проблем. В случае магистрали здания (А) пользователи достаточно добавить коммутатор Gigabit Ethernet, а в случае территориальной магистрали (Б) модернизация осуществляется с помощью Gigabit Ethernet или буферного дистрибьютора.
Размер кадра - весьма неоднозначный вопрос ввиду его потенциального влияния на производительность сети.
К счастью, Gigabit Ethernet использует тот же формат кадра (от 64 до 1500 байт), что и стандартные Ethernet и Fast Ethernet.
Недавняя разработка предусматривает увеличение максимального размера кадра Ethernet с 1500 до 9000 байт.
Называемые гига-кадрами (jumbo-frames), они уже реализованы в системах Alteon Networks. По словам директора по рыночным связям Дэвида Каллиша, реализовать этот подход компанию подтолкнуло, в частности, то обстоятельство, что многие пользователи помещают серверы в кольцо FDDI. При правильной реализации гига-кадры позволяют сократить число обрабатываемых сетевой платой кадров.
FDDI
Fiber Distribution Data Interface или FDDI был создан в середине 80-х годов специально для объединения наиболее важных участков сети. Хотя для рабочей станции скорость передачи данных в 10 Мбит/с была великолепной, то для межсерверных коммуникаций она была явно недостаточна. Исходя из этих потребностей, FDDI был спроектирован для связи между серверами и другими важными участками сети и предусматривал возможность управления процессом передачи и его высокую надежность. Это основная причина из-за который он до сих пор занимает такое заметное место на рынке.
В отличие от Ethernet FDDI использует кольцевую структуру, где устройства объединяются в большое кольцо и передают данные последовательно один другому. Пакет может проследовать больше чем через 100 узлов, прежде чем дойдет до адресата. Но не путайте FDDI с Token Ring! В Token Ring используется только один маркер, который передается от одной машине к другой. FDDI использует другую идею - так называемый временной маркер. Каждая машина посылает данные следующей в течении определенного периода времени, о котором они договариваются заранее когда подключаются к кольцу. Станции могут посылать пакетов одновременно, если позволяет время.
|
|
|
Поскольку другие машины не должны ждать, пока освободится среда передачи, то размер пакета может достигать 20000 байт, хотя большинство использует пакеты размером 4500 байт, всего лишь в три раза больше пакета Ethernet. Тем не менее, если пакет предназначен для рабочей станции, подключенной к кольцу с помощью Ethernet, то его размер не будет превышать 1516 байт.
Одно из самых больших достоинств FDDI - это высокая надежность. Обычно он состоит из двух или более колец. Каждая машина может получать и посылать сообщения своим двум соседям. Это схема позволяет функционировать сети даже если оборвали кабель. Когда кабель порван, устройства на обоих концах разрыва начинают работать как заглушка и система продолжает функционировать как одно кольцо, которое проходит через каждое устройство дважды.
Поскольку каждый конкретный путь однонаправлен и устройства передают данные в указанное время, то такая схема полностью исключает коллизии. Это позволяет FDDI достичь практически полной теоретической пропускной способности, которая фактически составляет 99% от теоретически возможной скорости передачи данных. Высокая надежность двойного кольца при условии всего выше сказанного заставляет потребителей продолжать покупать оборудование FDDI.
Fibre Channel
Локальные сети, несмотря на несомненные достоинства, несут в себе и ограничения, являющиеся обратной стороной их гибкости и дешевизны. Прежде всего, они связаны с тем, что сеть по своему определению - разделяемый ресурс, обязанный всем своим пользователям обеспечить адекватный сервис. Естественно, возникают проблемы, связанные с коллективным доступом к разделяемому ресурсу, вызывающие определенное, пусть даже фиксированное, время ожидания обслуживания, а иногда и отказ в обслуживании. Управление приоритетами полностью эту проблему не решает. Кроме того, необходимость маршрутизации, а также фиксированная длина атомов данных приводят к потерям производительности и избыточности. Да и передача больших массивов данных связана с потерями из-за фрагментации и высокой вероятности ошибок. Кроме того, традиционные локальные сети только-только добрались до рубежа в 100 Мбит/сек, когда как для передачи полноформатного сигнала телевидения высокой четкости (1024х768, 32 бита, 30 кадров/сек) необходима производительность 755 Мбит/сек.
В идеале, для задач, критичных к скорости и надежности, можно построить сеть, состоящую из двух узлов, работающих в дуплексном режиме, по сравнительно простому протоколу с минимальной избыточностью, и на оптическом кабеле, обеспечивающем приемлемую полосу пропускания. Недостаток такой сети налицо: она объединяет всего двух участников обмена, да и стоит изрядно. Тем не менее, есть немало приложений, когда можно заплатить такую цену. Например, если речь идет о взаимодействии внутри кластера высокопроизводительных рабочих станций или об обмене между кластером и интеллектуальным массивом накопителей. Такая технология получила название канала, а использование оптоволокна предопределило название Fibre Channel (FC).
Для создания стандарта Fibre Channel по инициативе компаний IBM, Sun и HP создана Fibre Channel Association.
FC - это технология, обеспечивающая высокоскоростной, двунаправленный асинхронный обмен между двумя точками. Для построения разветвленной сети используются коммутаторы соединений. Последовательный обмен позволяет при относительно малых затратах обеспечить значительную протяженность соединения. В отличие от других канальных архитектур, FC поддерживает сетевой обмен в формате IP. Так как нет необходимости в разделении передающей среды между несколькими абонентами, для каждого соединения используется вся производительности канала.
Декларированные скорости обмена для линий связи лежать в диапазоне 100 Мбит/сек - 1Гбит/сек. Длина каждой такой линии - до 10 км. Двунаправленность канала, в случае сбалансированной загрузки, обеспечивает удвоенную производительность.
Кроме взаимодействия точка-точка FC поддерживает коммуникационные протоколы FDDI и IP. Поддерживается и обмен с устройствами SCSI, что весьма существенно при работе с массовой памятью. Таким образом, подключенному к FC-линку узлу доступны не только абоненты FC, но и взаимодействие с локальными и глобальными сетями.
FC-технология предоставляет три класса обслуживания. В отличие от традиционных сетей, любой класс обслуживания доступен всего на двух узлах. Кроме того, каждый класс обслуживания может быть интегрирован с сервисами других протоколов.
Класс 1 - это физическое соединение или система с коммутацией соединений.
Класс 2 - коммутация пакетов без установления соединений, когда обеспечивается гарантированная передача с подтверждением о приеме.
Класс 3 - широконаправленное вещание без установления соединений и подтверждения получения.
Поддерживается также смешанный режим, Intermix. В этом режиме вся полоса канала выделяется под прямое соединение, но допускается его разделение передачами без установления соединений, когда некоторая часть полосы свободна. Смешанный режим обеспечивает доступа даже к тем узлам, которые обладают большой активностью, требующей максимальной пропускной способности.
Для построения FC-сетей, в основном, применяются три топологии.
Первая, применяемая наиболее широко, основана на коммутации физических каналов и требует как минимум одного переключателя. Вторая - это простое соединение точка-точка. Третья, называемая "Управляемая петля" (Arbitrated Loop), не требует наличия переключателей и использует медленные кабели, поэтому обладает ограничениями по полосе пропускания и возможному удалению узлов.
Все соединения являются физическими и каждое из них имеет фиксированные концы, определяемые в момент инициализации соответствующих узлов. В качестве узла может выступать интерфейс внешней сети, например ATM или FDDI.
В явном виде протокол спецификацией FC не определяется. Считается, что операционной системе уже известны адреса всех устройств, подключенных к FC, а вопрос взаимодействия возможен непосредственно на обслуживающие узлы программы.
Основы frame relay
Проблемы стандартизации
Ретрансляция кадров (frame relay, FR) - это метод доставки сообщений в сетях передачи данных (СПД) с коммутацией пакетов (в отличие от СПД с коммутацией каналов и сообщений). Первоначально разработка стандарта FR ориентировалась на цифровые сети интегрированного обслуживания (ISDN - Integrated Services Digital Networks), однако позже стало ясно, что FR применим и в других СПД (здесь под данными понимается любое сообщение, представленное в цифровой форме). К числу достоинств метода прежде всего необходимо отнести малое время задержки, простой формат кадров, содержащих минимум управляющей информации, и независимость от протоколов верхних уровней ЭМВОС.
В настоящее время разработкой и исследованием стандартов FR занимаются три организации:
Frame Relay Forum (FRF) - международный консорциум, включающий в себя свыше 300 поставщиков оборудования и услуг, среди которых 3Com, Northern Telecom, Digital, Cisco, Netrix, Ascom Timeplex, Newbridge Networks, Zilog и др.; American National Standards Institute (ANSI, Американский национальный институт по стандартизации); Международный союз электросвязи (ITU-T).
Любой международный стандарт имеет (и всегда будет иметь) множество прикладных реализаций, что зачастую приводит к несовместимости аппаратно-программных средств разных производителей. Международные организации неоднократно пытались решить данную проблему. Результатом одной из таких попыток (предпринятой FRF) стал проект стандарта, включающего в себя спецификации ANSI, которые обязательны для выполнения членами FRF. В январе 1992 г. этот проект был доработан Техническим комитетом FRF и утвержден собранием членов FRF.
|
|
|
