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. Логическая характеристика протокола FR
FR является бит-ориентированным синхронным протоколом и использует "кадр" в качестве основного информационного элемента - в этом смысле он очень похож на протокол HDLC (High Level Data Link Control). Однако FR обеспечивает не все функции протокола HDLC; многие из элементов кадра HDLC исключены из основного формата кадра FR (в последнем адресное поле и поле управления HDLC совмещены в единое адресное поле). Структура кадра FR (рис. 1) включает в себя следующие элементы.
Рисунок 1. Структура и формат кадра frame relay.
Одним из основных отличий протокола FR от HDLC является то, что он не предусматривает передачу управляющих сообщений (нет командных или супервизорных кадров, как в HDLC). Для передачи служебной информации используется специально выделенный канал сигнализации. Другое важное отличие - отсутствие нумерации последовательно передаваемых (принимаемых) кадров. Дело в том, что протокол FR не имеет никаких механизмов для подтверждения правильно принятых кадров. Процедурная характеристика протокола FR
Протокол FR является весьма простым по сравнению с HDLC и включает в себя небольшой свод правил и процедур организации информационного обмена. Основная процедура состоит в том, что если кадр получен без искажений, он должен быть направлен далее по соответствующему маршруту. При возникновении проблем, связанных с перегрузкой сети FR, ее узлы могут отказываться от каких-либо кадров.
Узлам сети FR разрешено уничтожать искаженные кадры, не уведомляя об этом пользователя. Искаженным считается кадр, которому присущ какой-либо из следующих признаков:
нет корректного ограничения флагами;
имеется менее пяти октетов между флагами;
нет целого числа октетов после удаления бит обеспечения прозрачности; наличествует ошибка в FCS;
искажено поле адреса (для случая, когда проверка не выявила ошибки в FCS); содержится несуществующий DLCI;
превышен допустимый максимальный размер (в некоторых вариантах реализации стандартов FR возможна принудительная обработка кадров, превышающих допустимый максимальный размер).
Для FR характерно:
заполнение канала связи комбинацией "флаг" при отсутствии данных для передачи; резервирование одного DLCI для интерфейса локального управления и сигнализации; содержание поля данных пользователя в любом кадре не должно подвергаться какой-либо обработке со стороны АКД (могут обрабатываться лишь данные в локальном канале управления).
Управление доступом и защита от перегрузок
Управление доступом к сети FR возлагается на интерфейс локального управления (Local Management Interface - LMI). Именно LMI (он будет рассмотрен ниже) реализует интерфейс UNI. Доступ в сеть FR обеспечивают интерфейсы FR ("порты FR") и FR-адаптеры - сборщики/разборщики кадров FR (FR assembler/disassembler, FRAD).
Добиться высокой эффективности использования пропускной способности физических линий и каналов связи, а также исключения перегрузок узлов связи и всей сети FR позволяет метод статистического мультиплексирования кадров, который подразумевает:
постоянное "наблюдение" АКД за потоком заявок от пользователей на передачу сообщений и за текущей загрузкой сети (линий, каналов и узлов связи); перераспределение свободного (и высвобождающегося) ресурса пропускной способности в соответствии с реальными потребностями абонентов; предоставление пользователям каналов информационного обмена, удовлетворяющих их требованиям.
Данный метод обеспечивает синхронный ввод сообщений пользователей в высокоскоростной канал связи на основе соглашений, заключенных между пользователем и поставщиком услуг сети FR, которые включают в себя следующие параметры:
максимальный размер поля информации в кадре FR (в октетах); пропускная способность порта, посредством которого абонент подключается к сети FR;
гарантированная скорость передачи данных (Committed Information Rate, CIR), при этом обеспечивается требуемое качество доставки;
гарантированный объем передачи информации (Committed Burst Size, Bc) - при обеспечении требуемого качества доставки;
дополнительный объем передачи информации (Excess Burst Size, Be) - качество передачи данных может снижаться.
Предварительные соглашения реализуются следующим образом.
Абонент выбирает (и оплачивает) пропускную способность порта и гарантированную скорость передачи данных для PVC.
Узел доступа к сети FR измеряет "реальную потребность абонента" в ресурсе пропускной способности канала связи.
Если этот ресурс (выраженный реальной скоростью передачи информации) не превышает CIR, то кадры передаются без изменений. Если требуемая скорость превышает CIR, но соответствует пропускной способности порта, то бит DE устанавливается в "1", что дает возможность удалять эти кадры при возникновении перегрузок (абонент также имеет право решать, какие кадры для него менее важны). Наконец, если превышена пропускная способность порта, кадры уничтожаются вне зависимости от каких-либо условий.
