Коммутация ЛВС и внедрение Fast Ethernet

Решение общих проблем эффективности функционирования

В части 2 вы найдете рекомендации по использованию этих технологий для решения тех общих проблем, которые оказывают воздействие на эффективность функционирования Ethernet.

Коммутация локальных вычислительных сетей и технологии Fast Ethernet

Как выбрать нужную технологию

Если ваша сеть Ethernet нуждается в большей пропускной способности, вы можете добиться этого путем добавления 10-портового коммутатора Ethernet или концентратора Fast Ethernet. Каждое из этих устройств обеспечивает суммарную пропускную способность 100 Мбит/с, но разными путями. Поясним это с помощью следующей аналогии.

Предположим, что каждый пакет в сети Ethernet доставляется посыльным на велосипеде. Предположим, что максимальная скорость велосипеда составляет 10 миль в час и имеется однополосная велосипедная дорожка, которую должны делить между собой все посыльные. Пока транспортный поток невелик, каждый велосипед может поддерживать максимальную скорость 10 миль в час. Однако, когда транспортный поток увеличивается, велосипеды вынуждены снижать скорость. Один способ повысить скорость доставки сообщений - расширить велосипедную дорожку. Если мы обеспечим в итоге десять полос движения, то с максимальной скоростью смогут ехать десять велосипедов, каждый по своей полосе. Добавление полос движения на велосипедной дорожке подобно сегментации сети, т.е. добавлению коммутатора Ethernet. Сегментация и коммутация обеспечивают дополнительные полосы для увеличения транспортного потока. Однако, если транспортный поток продолжает увеличиваться, то и этих полос может не хватить и велосипедисты снова будут вынуждены снижать скорость.

Другой способ - дать каждому посыльному более быстроходное транспортное средство. Например, автомобили, максимальная скорость которых составляет 100 миль в час. Это аналогично внедрению в сеть высокоскоростной технологии Fast Ethernet. Подобно Ethernet, Fast Ethernet обеспечивает только одну полосу для транспортного потока. Когда транспортный поток невелик, сообщение может доставляться автомобилем в десять раз быстрее, чем велосипедом. Действительно, каждый посыльный на автомобиле может доставить десять сообщений за то время, которое затрачивает посыльный на велосипеде для доставки одного сообщения.

Транспортный поток резко снижается, поскольку для доставки того же количества сообщений требуется меньше автомобилей.

Подобно тому, как велосипед никогда не сможет достичь скорости автомобиля, Ethernet никогда не сможет достичь скорости Fast Ethernet, независимо от того, сколько добавлено полос, или коммутаторов. Делая выбор между двумя технологиями, вы должны определить, удовлетворяет ли скорость, с которой Ваша сеть передает пакеты, условия незначительного трафика. Если скорость в порядке, потребности Вашей сети в повышении пропускной способности обеспечит коммутация. Если, однако, вам нужно меньшее время ответа или вы опасаетесь, что можете выйти за рамки коммутируемого решения 10 Мбит/с, выбирайте Fast Ethernet. Эта высокоскоростная технология необходима для серверов и рабочих станций, выполняющих критичные к скорости передачи приложения.

Ниже следует краткое изложение обеих технологий.

Коммутация ЛВС - что это такое и как она работает?

Коммутаторы представляют собой высокоскоростные многопортовые мосты, способные полностью пропустить 10 Мбит/с при Ethernet или 100 Мбит/с при Fast Ethernet - через каждый порт. Подобно мостам, коммутаторы принимают интеллектуальные решения о том, куда направить сетевой трафик, исходя из адреса назначения пакета. В результате коммутаторы могут значительно снизить ненужный трафик.

Коммутация не требует изменений в инфраструктуре Ethernet. Коммутатор может быть добавлен к существующей сети Ethernet без изменения сетевой кабельной системы, адаптеров, драйверов или любых других программных средств.

Коммутаторы ЛВС микросегментируют сеть

Коммутаторы ЛВС микросегментируют сеть - делят ее на меньшие сегменты (collision domains), а затем соединяют эти сегменты, давая им возможность связаться друг с другом. Путем сокращения числа узлов в сегменте микросегментация сокращает число коллизий и увеличивает доступную пропускную способность в расчете на один узел. А путем соединения сегментов через коммутаторы формируется единая ЛВС с потенциальной пропускной способностью, во много раз превышающей пропускную способность первоначальной односегментной ЛВС.

Каждый порт коммутатора фактически является входом в отдельный сегмент ЛВС. Этот сегмент может совместно использоваться многими станциями, присоединенными к концентратору, или может быть выделен для одного устройства - сервера или рабочей станции.

Пользователи, закрепленные за каждым концентратором, совместно используют пропускную способность 10 Мбит/с этого сегмента, в то время как каждый из серверов и ряд пользователей имеют выделенный сегмент производительностью 10 Мбит/с.

Коммутаторы ЛВС поддерживают параллельный трафик

В разделяемой (shared) сети Ethernet трафик, как правило, происходит только между пользователем и сервером, а одновременно может иметь место только один такой “диалог”. Добавление коммутатора в сеть обеспечивает несколько одновременных диалогов. Однако допускается только один диалог на сегмент.

Пользователь А в сегменте 2 может связаться с сервером X в сегменте 1, в то время как пользователь В связан с сервером Y в сегменте 3. Однако пользователь С не может связаться ни с кем, до тех пор пока не закончит сеанс пользователь А.

Коммутаторы ЛВС фильтруют сетевой трафик

Коммутаторы могут также сокращать ненужный сетевой трафик. Они “заучивают” МАС - адреса устройств и сохраняют их в таблице. Используя эту таблицу, коммутаторы принимают интеллектуальные решения о том, куда передать трафик, исходя из адреса назначения каждого пакета. Путем фильтрации пакетов, адрес назначения которых находится в том же самом сегменте, что и адрес источника, коммутаторы могут ограничить сетевой трафик соответствующим сегментом.Остальные пакеты передаются в другой сегмент.

Если пользователь А связы вается с сервером Y, диалог передается в сегмент 2. Однако, если пользователь А связывается с сервером X, передача пакетов ограничивается сегментом 1, сокращая ненужный трафик.

Коммутаторы ЛВС могут поддерживать полнодуплексный режим

Помимо этого, некоторые коммутаторы поддерживают дуплексный режим. Этот режим также поддерживается некоторыми сетевыми адаптерами, но не концентраторами. Соединение устройств, способных работать в дуплексном режиме, исключает коллизии и эффективно удваивает пропускную способность этого сегмента.

Fast Ethernet - его отличия от Ethernet

Fast Ethernet - результат развития технологии Ethernet. Базируясь на том же протоколе CSMA/CD (коллективный доступ с опросом канала и обнаружением коллизий), устройства Fast Ethernet работают со скоростью, в 10 раз превышающей скорость Ethernet. 100 Мбит/с. Fast Ethernet обеспечивает достаточную пропускную способность для таких приложений как системы автоматизированного проектирования и производства (CAD/CAM), графика и обработка изображений, мультимедиа. Fast Ethernet совместим с 10 Мбит/с Ethernet, так что интеграцию Fast Ethernet в вашу ЛВС удобнее осуществить с помощью коммутатора, а не маршрутизатора.

Маршрутизаторы являются дорогостоящим решением и их производительность ниже, чем у коммутаторов.

Сходства

Подобно Ethernet, Fast Ethernet представляет собой технологию коллективного пользования, основанную на конкуренции. Fast Ethernet использует такие же приложения и такие же инструментальные программные средства для управления и диагностики неисправностей. Это дает Вам возможность защитить свои капиталовложения в оборудование и обучение сотрудников ЛВС.

Различия

Для Fast Ethernet вам потребуются сетевые адаптеры и концентраторы, специально разработанные для 100 Мбит/с ЛВС. Однако, некоторые из новейших сетевых адаптеров могут работать как в сети Ethernet, так и в Fast Ethernet. К другим различиям относятся сетевая кабельная система, число повторителей и ограничения на длину кабеля.

Среда передачи данных

В Fast Ethernet используется только кабель - витая пара и волоконно-оптические кабели; коаксиальный кабель не поддерживается. Подобно наличию спецификаций кабелей Ethernet - 10BASE-T для кабеля с витыми парами, 10BASE2 для тонкого коаксиального кабеля, 10BASE5 для толстого коаксиального кабеля, 10BASE-F для волоконно-оптического кабеля, - существуют спецификации и для каждого типа кабеля Fast Ethernet. Они перечислены в таблице:

Как и в Ethernet, все типы кабелей Fast Ethernet могут присутствовать в одной и той же сети. Если у Вас имеются четыре пары категории 3, мы рекомендуем Вам использовать спецификацию 100BASE-T4. Это значительно дешевле, чем повторно прокладывать кабель от настольной системы к технологическому шкафу. Для самого технологического шкафа, в котором относительно легко заменить кабель, идеальным вариантом является 100BASE-TX, поскольку он обеспечивает дуплексные соединения коммутатора с коммутатором и коммутатора с адаптером.

Кроме того, хотя разъемы для 100BASE-TX Fast Ethernet такие же, как и для 10BASE-T Ethernet, следует использовать кабель категории 5. Для 100BASE-T4 требуются четыре пары кабеля категории 3, 4 или 5. Три из них нужны для передачи или приема пакетов, в то время как четвертая пара предназначена для прослушивания канала. Поскольку невозможно выделить пары для передачи или приема данных, 100BASE-T4 не может обеспечивать дуплексный режим. Разъемы для обеих этих спецификаций представлены ниже.

Число повторителей

Решение общих проблем увеличения пропускной способности ЛВС

Причины общих проблем повышения пропускной способности ЛВС

На повышение пропускной способности сетей может воздействовать ряд факторов, например, быстродействие персональных компьютеров (ПК) и серверов, тип метода хранения информации на дисках, а также сетевая архитектура. В настоящее время, вследствие изменения характера трафика решающее значение приобретает грамотная проработка сетевой архитектуры. В прошлом наибольшая часть трафика - фактически целых 80% - была локальной, ограниченной рабочей группой, в то время как по сетевой магистрали проходило всего лишь около 20% пакетов. Сегодня, при с распределенном характере приложений клиент-сервер, в сочетании с доступом к Internet/интрасети и приданием особого значения центральным серверам для улучшения администрирования, управления и безопасности, эти процентные соотношения изменились. В результате сегодняшние сети требуют более высокоскоростных сетевых магистралей.

Если эти факторы были учтены, а производительность ЛВС по-прежнему остается недостаточной, самое время проверить коэффициент использования пропускной способности сети. Когда этот коэффициент приближается к 40%, эффективность начинает снижаться. Это снижение производительности часто можно объяснить конкуренцией клиентов и/или тем, что сервер ЛВС становится “узким местом” в сети.

Если сеть является управляемой, вы можете добиться желаемого коэффициента при помощи программного обеспечения, основанного на протоколе SNMP (простой протокол управления сетью). Кроме того, некоторые из новейших концентраторов и коммутаторов содержат комплект световых индикаторов, позволяющих визуально определить коэффициент использования пропускной способности.

Что вызывает конкуренцию клиентов?

Проблема 2: “узкие места” и конкуренция клиентов в небольшой сети

Технология: коммутируемый Ethernet, введенный Fast Ethernet. Суммарная пропускная способность: 460 Мбит/с.

Проблема 4: “узкие места” сервера и конкуренция клиентов в большой сети совместного пользования

Сеть, показанная ниже, состоит из нескольких рабочих станций и серверов, подключенных к стеку концентраторов, напр., TigerStack фирмы SMC. Этот стек состоит из восьми концентраторов и имеет разъемы 10BASE-T, а также разъемы для коаксиального и волоконно-оптического кабеля.

Каждый отдельный концентратор TigerStack может быть разделен на два, три или четыре сегмента. Таким образом, максимальное число сегментов в стеке, состоящем из восьми концентраторов - 32 сегмента.

TigerStack также может управляться по протоколу SNMP. Благодаря этому, оптимальное использование пропускной способности может быть достигнуто при помощи любой программы управления на базе SNMP. Из-за напряженного трафика и применения приложений, требующих интенсивного обмена данными, коэффициент использования пропускной способности приближается к 40%.

Технология: Ethernet совместного пользования. Суммарная пропускная способность: 10 Мбит/с.

Решение 4: Внедрение сети Fast Ethernet для серверов и мощных пользователей, сегментирование обеих сетей и сегментов через коммутатор Fast Ethernet

Превращение серверов в выделенные сегменты Fast Ethernet обеспечит им подключение к отдельным каналам по 100 Мбит/с, что повысит скорость обслуживания запросов.

1. Установить коммутатор Ethernet, например, 16-портовый TigerSwitch 16+2 фирмы SMC. Этот коммутатор имеет 16 портов 10BASE-T и два порта по 100BASE-TX.
2. Разделить стек не более чем на 16 сегментов и соединить каждый сегмент с отдельным портом в коммутаторе.
3. Добавить коммутатор Fast Ethernet, например, TigerSwitch 100 фирмы SMC. Этот коммутатор имеет 8 портов 10BASE-TX с функцией Auto-Negotiation.
4. Отсоединить серверы и мощных пользователей от стека и установить сетевые адаптеры Fast Ethernet, напр., PCI-плату EtherPower 10/100 фирмы SMC.
5. Соединить коммутатор Ethernet с коммутатором Fast Ethernet через uplink порт Fast Ethernet. Соединить также два из имеющихся серверов непосредственно с теми коммутируемыми портами Fast Ethernet, которые были сконфигурированы для работы в дуплексном режиме.Подключить к сети стек концентраторов Fast Ethernet, например, TigerSwitch 100 фирмы SMC, для мощных пользователей и остальных серверов. Разделить этот стек не более чем на пять сегментов и подключить каждый сегмент к отдельному порту коммутатора Fast Ethernet.

Технология: коммутируемый Ethernet и коммутируемый Fast Ethernet. Суммарная пропускная способность: 1160 Мбит/с.

Выводы

Конкуренция клиентов может быть снижена посредством:

• сегментации сети и подключения сегментов к серверу или коммутатору для повышения доступной пропускной способности в расчете на одного пользователя;
• добавления небольшой рабочей группы Fast Ethernet для мощных пользователей, так чтобы они могли отдельно использовать пропускную способность 100 Мбит/с высокоскоростного сегмента.

“узкие места” сервера могут быть устранены посредством:

• сегментации сети с помощью коммутатора и соединения серверов непосредственно с коммутируемыми портами, так чтобы каждый из них имел выделенную пропускную способность 10 или 100 Мбит/с (а если и порты, и сетевые адаптеры поддерживают дуплексный режим, то обеспечивается скорость 20 или 200 Мбит/с);
• добавления небольшой рабочей группы Fast Ethernet для группы серверов, так чтобы они могли совместно использовать пропускную способность 100 Мбит/с высокоскоростного сегмента.