Галкин В.А., Григорьев Ю.А. Телекоммуникации и сети

Подождите немного. Документ загружается.

10.

Выбор архитектуры вычислительной сети

передаче из одной виртуальной сети в другую. Например, можно запретить

передачу широковещательных пакетов, в этом случае эти пакеты будут рас-

пространяться в рамках одной виртуальной сети. Маршрутизацию пакетов

между виртуальными сетями вьшолняет коммутатор.

• Коммутатор может поддерживать сразу несколько процессов передачи.

Например (см. рис. 10.4), он может одновременно передавать кадры из порта 1

в порт 2, из порта 3 в порт 4, из порта 5 в порт 6.

Конечно, коммутаторы имеют ощутимое преимущество перед концентра-

торами, но они в несколько раз дороже.

Проблемы перехода к 100-мегабитным сетям

В настоящее время для построения 100-мегабитных сетей используют две

технологии: Fast Ethernet и lOOVG-AnyLan. Рассмотрим каждый из этих вари-

антов.

Стандарт Fast Ethernet разработан в 1995

г.

и получил название ШЕЕ 802.3и.

С легкой руки организации IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers)

Fast Ethernet именуется как 100BaseT. Это объясняется просто: 100BaseT яв-

ляется расширением стандарта lOBaseT с пропускной способностью 10 Мбит/с.

Стандарт 100BaseT включает в себя протокол обработки множественного до-

ступа с опознаванием несущей и обнаружением конфликтов CSMA/CD

(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection). Fast Ethernet может рабо-

тать с использованием различных кабелей (табл. 10.5).

Таблица

10.5.

Кабели, используемые

в Fast

Ethernet

1 Обозначение

100BaseTX

100BaseT4

100BaseFX

Описание

Две неэкранированные витые

пары (UTP) категории 5 или две

экранированные витые пары

(STP)Traial

Четыре пары UTP категории

3 (лучше категории 5)

Два светодиода оптоволокна

с диаметром 62,5/125 мкм

Длина до концентратора, м

До 100

До 400

Увеличение частоты в 10 раз (с 10 Мбит/с до 100 Мбит/с) приводит к тому,

что максимальное расстояние между двумя точками сегмента уменьшается в

10 раз, т. е. до 250 м для витой пары (если быть точнее, до 205 м), следова-

тельно в сегмент могут входить максимально два концентратора (рис. 10.6).

Поэтому следует помнить, что переход на сеть 100BaseT нельзя рассматри-

вать как механическую замену оборудования.

На рис. 10.6 показаны расстояния для витой пары. При этом возможны раз-

ные комбинации расстояний: 100+5+100, 5+100+100, 70+65+70 и т. д. Здесь

только важно, чтобы максимальная длина между двумя наиболее удаленными

точками сети не превьппала бы 205 м для витой пары, и 233 м - для оптово-

локна при стандартном подключении. Каждый

из

концентраторов

(см.

рис.

10.6)

580

10.2. Выбор локальной вычислительной сети

Рис.

10.6.

Структура сегмента

100BaseT

можно нарастить, подключив другие концентраторы в стек (до 255 портов на

один

стек).

Если

дополнение

концентраторам 100BaseT использовать

ком-

мутаторы, то сеть можно расширить далеко за пределы одного коммутируе-

мого сегмента.

Сегмент сети lOOVG-AnyLan (для краткости будем называть его 100VG)

можно построить только по топологии типа «звезда» (рис. 10.7).

Концентратор

100

Концентратор

Порт верхнего

подключения .

100

Центральный

концентратор

к коммутатору -^-

100 м

Концентратор

100 м

100

Порты

станций

Рис.

10.7.

Структура сегмента

lOOVG-AnyLan

581

10.

Выбор архитектуры вычислительной сети

В 100VG используются следующие типы кабелей:

1) четыре неэкранированные витые пары (UTP) категории 3 (3...100 м);

2) две пары UTP категории 5

(5...

150

м);

3) две экранированные витые пары (STP) (до 100 м);

4) оптоволокно (до

км).

На

рис.

10.7

показаны

расстояния

для

неэкранированной витой

пары

катего-

рии

Если узел желает передать какой-либо кадр, он формирует и выставляет

запрос к центральному концентратору (ЦК).

ЩС

периодически осуществляет

циклическую проверку своих

портов.

Если к

опрашиваемому порту подключен

концентратор нижнего

уровня,

опрашиваются все

порты

этого концентратора и

т. д. Если нет более приоритетных запросов и сегмент свободен, то узел, выс-

тавивший запрос, начинает передачу данных. При этом кадр передается, в от-

личие от концентратора 100BaseT, только в порт назначения. Одновременно

передаются данные

только

между одной парой узлов. Потери времени

на

пери-

одический опрос

проведение тестирования соединения составляет примерно

% от

полного времени

работы.

Необходимо чтобы каждый концентратор сети

должен быть настроен на работу с кадрами одного типа: Ethernet или Token

Ring.

При переходе от 10-мегабитных сетей к 100-мегабитным необходимо учи-

тывать особеьшости этих сетей.

Существуют ограничения

на

топологию сегмента, особенно для 100BaseT

(см.

рис. 10.6).

Проводку кабеля должен осуществлять специалист с использованием

специального измерительного оборудования.

100-мегабитные сети дороже 10-мегабитных в несколько раз.

Таблица

10.6.

Преимущества

недостатки

Fast

Ethernet

1 Преимущества

Рьшок 100BaseT расширяется, и цены на

эти сети снижаются быстрее, чем цены на

сети 100VG

Используется хорошо зарекомендовав-

ший себя метод доступа CSMA/CD

Хорошая совместимость оборудования

для 100BaseT, выпускаемого разными про-

изводителями

Более 60 производителей объявили офи-

циально 0 поддержке lOOBaseT, объеди-

нившись в Альянс быстрого Rhemet (Fast

Ethernet Alliance). Среди них такие, как Intel, i

3Com, Cabletron Systems, Bay Networks,

Cisco,

Sun Microsystems, Digital

др.

Недостатки

При высокой нагрузке на

сегмент Fast Ethemet испытывает

большое число коллизий.

Число концентраторов в сег-

менте - не более 2

При использовании витой па-

ры категорий 3 и 5 максимальное

расстояние между двумя наиболее

удаленными узлами сегмента не

должно превышать 205 м (без ис-

пользования коммутаторов)

582

10.3.

Выбор магистрали

для объединения локальных

сетей

Сравнение Fast Ethernet и lOOVG-AnyLan

Вопрос выбора 100-мегабитной сети

не

является

тривиальным.

табл.

10.6

и 10.7 перечислены преимущества и недостатки сетей Fast Ethernet и 100VG-

AnyLan.

Таблица

10.7.

Преимущества

и недостатки

lOOVG-AnyLan

1 Преимущества

Число концентраторов в сегменте может дос-

тигать 5

Максимальное расстояние между двумя наи-

более удаленными узлами сегмента при исполь-

зовании витой пары категории 3 равно 600 м, для

витой пары категории

5...900

м (без использования

коммутаторов)

При переходе от 10-мегабитных сетей

(ЮВазеТ) к lOOVG-AnyLan достаточно заменить

концентраторы и сетевые адаптеры, не меняя топо-

логию сети (в 100VG в каскад можно соединить до

5 концентраторов, в lOBaseT - до 4-х)

В сети поддерживается передача кадров Ether-

net и Token Ring (но на разных концентраторах)

5. Используется не стандартный «манчестерс-

кий» способ кодирования, а кодирование «кварте-

том», который позволяет передавать два бита за

один такт

6. Имеется возможность приоритетной переда-

чи

Недостатки

Использование отрезка

кабеля категории 5 больше

100 м противоречит стандар-

там TIA/EIA-568A проклад-

ки кабельных систем

Рынок 100VG постоян-

но сокращается, цены снижа-

ются медленно

Только Hewlett-Packard

серьезно занимается пропа-

гандой и внедрением техно-

логии 100VG

Практически нет

приложений, поддерживаю-

щих приоритетную обработ-

ку

10.3.

Выбор магистрали для объединения локальных сетей

в черте города

В настоящее время в качестве MAN-сети используют следующие сети:

• FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - оптоволоконный интерфейс рас-

пределенных данных;

•

ATM

(Asynchronous Transfer Mode) -

режим

асинхронной передачи.

Рассмотрим каждый из этих способов построения MAN-сети.

Сети FDDI

Адаптеры FDDI поддерживают метод доступа к сети, основу которого со-

ставляет Token Ring. Метод доступа, используемый в сетях FDDI, имеет сле-

дующие отличия от Token Ring.

В Token Ring маркер передается следующей станции только после воз-

вращения кадра в узел, который передал кадр в сеть. В методе FDDI маркер

будет передан непосредственно после передачи кадра данных в сеть.

583

10. Выбор архитектуры вычислительной сети

Здание 1 Шахта

ййй

Концентратор

I I I

Здание 2

Этаж 1

'^^Ъ

Н^ Витая

пара

Этаж 2

Комму-

татор

Интерфейс

FDD!

Два кольца

FDDI (оптоволокно,

вита пара)

Рис.

10.8.

Использование интерфейса FDDI для объединения

сетей Ethernet

В методе FDDI не используется поле приоритета.

Максимальная длина кольца FDDI с одномодовым оптоволоконным кабе-

лем ~ 100 км, с многомодовым оптоволоконным кабелем - 20 км (вьшускает-

ся оборудование FDDI и для витой

пары).

Скорость передачи по кольцу равна

100 Мбит/с (для дуплексного режима - 200 Мбит/с). К двум кольцам можно

подключить до 500 станций или до 100 коммутаторов. Сети FDDI часто ис-

пользуют для объединения нескольких сетей Ethernet, расположенных в раз-

1п>1х

здаьшях

(рис.

10.8).

кольцу

можно

напрямую подключать

станции,

например магистральные

высокоскоростные серверы.

Сети ATM

Целью создания сетей ATM явилась попытка предоставления клиентам

самых разнообразных услуг

ATM

позволяет предоставлять услуги мультиме-

диа (проведение компьютерных видеоконференций, передача

реальном вре-

мени смешанных документов,

т.

е. содержащих данные, тексты, звук и видео-

изображения), передавать видеоинформацию, сигналы телевидения, речь,

объединять ЛВС и телекоммуникационные сети.

584

10.3.

Выбор магистрали для объединения локальных сетей

Коммутатор ATM Коммутатор ATM

Группа

модулей

Группа

модулей

Группа

модулей

Группа

модулей

Группа

модулей

Группа

модулей

Порты связи

сети ATM

и традиционных ЛВС

• к другому коммутатору

Магистраль

ATM (155 Мбит/с)

Порты связи

сети ATM

и WAN-сетей

Порты связи

сети ATM

и видеоаппаратуры

Рис. 10.9.

Сеть на базе

коммутаторов

ATM

Рекомендация ITU-T 1.211 делит все услуги ATM на интерактивные (почто-

вые, диалоговые, «по запросу») и вещательные (телевизионные). Это позволя-

ет сформулировать требования к оконечной аппаратуре и устройствам теле-

коммуникаций: обеспечение связи «точка-точка», передача вещательных

сообщений, предоставление различных классов услуг (ABR, CBR и др.), воз-

можность активного управления со стороны пользователей и др.

Сети ATM строятся на базе коммутаторов ATM (рис. 10.9).

Коммутаторы ATM состоят из модулей. Состав модулей, которые входят в

состав коммутатора, определяется фирмой-изготовителем. Для ATM разрабо-

таны три

основные группы модулей

(см.

рис. 10.9). Характеристики этих моду-

лей (устройств) приведены в табл. 10.8 - 10.10.

Таблица

10.8.

Характеристики модулей

для связи

сети

ATM н

традиционньк ЛВС

1 Характеристика

1 Число портов

ATM/их тип

Число портов

ЛВС/ихтап

Функции матобес-

печения

Дополнительные

функции

Значение

1-2/STM-1

(ОС-3),155МбитУс

12-82/Ethemet,

Token Ring, FDDI

Стандарты UNI

3.0/3.1,

LAN

Emu-

lation 1.0

LAN

Emulation

1.0 (Server), порты

ATM 25 Мбит/с 1

Примечание

Второй порт ATM, как правило, яв-

ляется резервным

Порты могут поддерживать несколь-

ко адресов MAC (сегментные порты)

или только один адрес MAC (для подк-

лючения одной станции); 90 % уст-

ройств имеют от 12 до 24 сегментных

портов Ethemet

В 90 % случаев устройства выполня-

ют только функции клиентов LAN Emu-

lation и требуют для работы внешнего

сервера

LAN

Einulation

Рйюгда порты Ethemet являются пе-

реключаемыми и могут работать в ре-

жиме ATM 25 Мбит/с 1

585

10.

Выбор архитектуры вычислительной сети

1 Характеристика

Технология комму-

тации

Наращиваемость

Примерная мини-

мальная/максималь-

ная стоимость на порт

! Rhemet (в «московс-

ких» ценах)

Значение

Коммутатор,

быстрый мост,

маршрутизатор

Модульные

или стековые уст-

ройства

300/1900 долл

Окончание табл. 10.8

Примечание

Подавляющее большинство уст-

ройств выполнены по технологии ком-

мутаторов ЛВС с подключением порта

ATM в режиме глобального (up-link)

Многие стековые устройства имеют

недостаточную пропускную способ-

ность внешней шины

Максимальная стоимость соответст-

вует модульным устройствам с воз-

можностями маршрутизации транс-

портных протоколов и полным резер-

вированием функций

Таблица

10.9.

Характеристики модулей для связи сети ATM

и глобальных

сетей

(WANn^erefi)

Характеристика Значение Примечание

Число портов

ATM /их тип

Число «обыч-

ных» портов/их

тип

Функции мат-

обеспечения

Дополнитель-

ные функции

Применяемая

технология

1 - 4/от Е1 (2,048

Мбит/с) до STM-4

(622,08 Мбит/с)

2 - 64/ от 19,2

кбит/с до 52 Мбит/с

Frame Relay, Х.25;

эмуляция выделенной

линии; AAL

1,2,3/4,5;

PVC/SPVC; CBR; VBR

Передача видеоин-

формации; проведе-

ние видеоконферен-

ции; объединение

ЛВС через встроен-

ные мосты

Раздельные матри-

цы коммутации, ин-

терфейсные и про-

токольные модули,

объединенные ско-

ростными шинами

Обеспечен широкий спектр оптичес-

ких и электрических интерфейсов для

большинства применяемых в этом диа-

пазоне скоростей стыков (ЕЗ, ТЗ, HSSI)

Подключение к сетям Frame Relay,

Х.25;

организация выделенных каналов с

интерфейсами V.35, Е1, ЕЗ, HSSI

К сожалению, на сегодняшний день

протоколы взаимодействия АТС плохо

поддержаны и для их соединения сеть

ATM может предложить только синх-

ронный канал связи без возможности ко-

ммутации отдельных телефонных разго-

воров

При передаче видеоинформации ис-

пользуется кодирование по протоколам

JPEG, MPEG, MPEG-2

Часто применяется шина VME и раз-

дельные матрицы коммутации для уров-

ней адаптации AAL1 и AAL3/4,5

586

103.

Выбор магистрали

для объединения локальных

сетей

1 Характеристика

1 Наращиваемость

Примерная ми-

нимальная/макси-

мальная стоимость

на порт

Е1

(в

«мос-

ковских» ценах)

Значение

Модульные шас-

си

-20

посадоч-

ными местами

2400/20 000 долл.

Окончание

табл.

10.9

Примечание

Полное резервирование питания

других функций

Минимальная стоимость соответству-

ет немодульному устройству

на 3

порта

Е1,

максимальная

магистральному уст-

ройству доступа

полным резервирова-

нием функций

возможностью установ-

ки более 60 портов

Е1

Таблица

10.10.

Характеристики

модулей

для связи сети

ATM и

видеоаппаратуры

1 Характеристика

1 Число портов

АТМ/ихтип

Число

видеовходов/выходов

Протоколы сжатия

Качества сигнала

Наращиваемость

Примерная мини-

мальная/максималь-

ная стоимость на ви-

деопорт (в «московс-

ких» ценах)

Значение

1/OTEI

до8ТМ~1

1-6/1-4

JPEG, MPEG,

MPEG-2

VHS,

SVHS

Автономные

или

стековые устрой-

ства

1100/5000 долл.

Примечание

Обеспечен широкий спектр оптичес-

ких

электрических интерфейсов

(Е1,

ATM 25 Мбит/с, ЕЗ, STM-1)

Видеокодеки имеют больше портов,

чем видеодекодеры

Осуществляется сжатие стандартного

видеосигнала (VHS,

кадр/с)

до

бито-

вого потока со скоростью

Мбит/с

При передаче сигнала SVHS необхо-

димая полоса пропускания удваивается

Стековые устройства,

как

правило.

имеют по одному интерфейсу на блок

Стоимость зависит

от

применяемых

технологий сжатия

набора дополни-

тельных функций

Преимущества и недостатки сетей FDDI и ATM

В настоящее время высокоскоростные магистрали (100 Мбит/с) строят толь-

ко на основе FDDI и ATM. Все другие широко известные сети (например,

100BaseT) работают на слишком незначительных расстояниях, чтобы их мож-

но бьшо использовать в качестве корпоративной магистрали.

В долгосрочной перспективе ATM позволяет строить корпоративные маги-

страли большой протяженности, громадной пропускной способности и с неви-

даьшыми доселе характеристиками. Но сети ATM очень дорогостоящие.

Известно, что протокол FDDI плохо подходит для передачи мультимедиа

из-за большого размера кадра FDDI. ATM же неэффективно работает при пе-

587

10. Выбор

архитектуры вычислительной сети

ресылке обьршых

файлов.

Во-первых,

это

связано

со

значительными потерями

Ethernet -

ATM.

Во-вторых, 5 байт из 53 в кадре ATM занято под системную

информацию (заголовок). Таким образом, если в FDDI накладные расходы на

канальном уровне составляют порядка 0,5 %, то у ATM - 10 %.

Для магистрали чаще всего предлагаются коммутаторы

ATM

с пропускной

способностью

155 и 622

Мбит/с.

Но

из-за больших накладных расходов

ATM с

пропускной способностью 155 Мбит/с уступают в производительности FDDI

для обычных сетевых потоков. Корпоративная магистраль на 622 Мбит/с ка-

жется неплохим вариантом, если бы не высокая цена.

Некоторые сетевые интеграторы рекомендуют подключать все серверы

рабочих групп к магистрали FDDI напрямую, а клиентов - через маршрутиза-

тор (или коммутатор с функциями маршрутизатора). Такой выбор они аргу-

ментируют

тем,

что в этом случае клиент сети имеет доступ к любому серве-

ру предприятия максимум через одно маршрутизирующее устройство. В

качестве контраргумента можно привести наблюдение специалистов фирмы

Bay

Networks:

хорошо спроектированной сети только

20%

трафика приходит-

ся на межсетевое взаимодействие. Иными словами, основной трафик внутри

рабочей группы связан с серверами этого же подразделения. Незачем заби-

вать магистраль сетевыми

потоками,

не относящимися

корпоративным при-

ложениям. Таким образом, серверы рабочих групп лучше подключать к маги-

страли через коммутатор (маршрутизатор) (см.

рис.

10.8).

Серверы, обслу-

живающие все предприятие, необходимо подключать к магистрали напрямую.

10.4.

Выбор магистрали WAN для объединения сетей

в разных городах

В настоящее время в России для построения WAN-сетей (глобальных се-

тей) в основном используют сети

Х.25,

Frame relay и ISDN.

Сети Х.25

Сетями Х.25 называют сети пакетной коммутации, доступ к которым вы-

полняется в соответствии с рекомендащмми МККТТ Х.25. На сегодняпший

день,

несмотря на появление новых интегрированных технологий сетей пере-

дачи

данных и сетей

связи,

рассчитанных на высокоскоростные каналы связи,

сети

Х.25

по-прежнему наиболее распространены. На базе протокола

Х.25

ра-

ботают такие отечественные сети, как ГЛАСНЕТ, ИАСНЕТ, РОСПАК,

СПРИНТ и

др.

На

рис.

10.10 представлена структура сети Х.25.

Для подключения локальной сети к сети

Х.25

можно использовать следую-

щие

варианты подключения.

В сервер или PC встраивается спещ1альная плата и устанавливается спе-

щ1альное программное обеспечение.

К сети подключается специальное автономное устройство (мост/ марш-

рутизатор) удаленного доступа, поддерживающее протокол Х.25.

588

10.4. Выбор магистрали WAN для объединения сетей в разных городах

Х.28,

X.29

f Компьютер J

—^5^

( Компьютер J

Рис.

10.10.

Структура сети Х.25

Преимущество автономных устройств над встраиваемыми в компьютер

платами, помимо большей производительности, заключается в том, что они не

требуют установки специального программного обеспечения и сопрягаются с

локальной сетью по стандартному интерфейсу, что позволяет реализовать бо-

лее гибкие и ушюерсальные решения.

Если требуется подключить компьютер к сети Х.25 в монопольном режиме

(без сети), то подключение осуществляется по стандартам Х.З, Х.28, Х.29.

Эти стандарты определяют функционирование специальных устройств досту-

па к сети - сборщиков/разборщиков пакетов (PAD - Packet Assembler/

Disassembler). На практике используется термин ПАД (см. рис. 10.10). ПАД

используют для доступа к сети абонентов при асинхронном режиме обмена

информацией, т. е., например, через последовательный порт компьютера (не-

посредствеьшо или с применением модемов). ПАД обьгтаго имеет несколько

асинхронных портов и один синхронный (порт

Х.25).

Он

накапливает поступаю-

щие через асинхро1шые порты данные, упаковывает их в пакеты и передает их

через порт

Х.25.

Конфигурируемые параметры ПАД определяются выполняе-

мыми задачами. Эти параметры описываются стандартом Х.З. Совокупность

параметров носит назваш1е «профайла» (profile). Стандартный набор состоит

из 22 параметров, функциональное назначение этих параметров одинаково для

всех ПАД. В профайл входят параметры, задающие скорость обмена по асин-

хронному порту, параметры, характерные для текстовых редакторов (символ

удаления знака и строки, символ вывода на экран предьщущей строки и

т.

п.),

параметры, включающие режим автоматической добавки строки незначащи-

589