Потребитель и новые сетевые технологии

Бездумное увлечение высокоскоростными сетевыми технологиями не принесет ни экономической, ни функциональной отдачи.

Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, ATM, коммутация и проч. - термины, которыми буквально пестрит компьютерная пресса. Производители сетевого оборудования наперебой уверяют, что именно их технологии решают все проблемы. Приводятся случаи, откровенно отдающие профанацией: некая финансовая компания, к примеру, была очень недовольна своей сетью FDDI, а после того, как перешла на ATM, ее дела резко пошли в гору. Складывается впечатление, что если в сию же секунду мы не бросимся покупать последние разработки в сетевой технике, то будем обречены на насмешки и полное прозябание.

Весьма престижно иметь сетевые новинки у себя на рабочем столе. Но насколько это функционально и экономически оправданно?

Хотелось бы рассмотреть данный вопрос применительно не к каким-либо гипотетическим ситуациям, а основываясь на типичных схемах.

Как известно, сетевые информационные потоки различают как по объему передаваемых данных в единицу времени, так и по необходимому качеству услуг (прежде всего, гарантированному времени задержки при передаче данных).

Исходя из этих соображений можно условно выделить следующие типы сетевых потоков (в порядке уменьшения требований к нагрузке на сеть и времени задержки при передаче):

Существуют и другие виды сетевых информационных потоков (обмен электронными сообщениями, SNMP и т.д.), но они занимают довольно небольшую долю общего трафика.

Под мультимедиа здесь понимается передача высококачественной аудио- и видеоинформации в режиме реального времени. Любой другой обмен аудио- и видеоинформацией (например обработка AVI-файлов или мультимедиа в Web) не предъявляет серьезных требований к синхронизации данных по времени. С большой степенью достоверности этот обмен может быть отнесен к файловым операциям (такой тип мультимедиа приемлемо работает в обычных сетях Ethernet и прекрасно - по выделенным каналам Ethernet). В то время как обмен высококачественной видеоинформацией требует высокой пропускной способности, поток аудиоинформации относительно невелик, однако и в том и в другом случае требования к качеству услуг довольно жесткие. Очевидно, что даже на Западе очень немногие организации в настоящее время готовы применять такие приложения. Это, главным образом, телестудии и серьезные рекламные агентства. Глупо городить сети в банках и организациях в расчете на высококачественные мультимедиа. Так и хочется спросить: а зачем козе баян?

Что касается файловых операций, то надо иметь в виду следующее. По нагрузке на сеть операции пересылки файлов занимают львиную долю. Хотя пропускная способность современных контроллеров SCSI от 10 Мбайт/с для Fast SCSI-2 до 40 Мбайт/с для ULTRA SCSI, средняя производительность винчестера составляет порядка 3-4 Мбайт/с.

Кэширование дисковых операций увеличивает производительность сервера, однако, во-первых, кэшируются прочитанные данные, а во-вторых, размеры кэш-буферов, по сравнению с объемами винчестеров, невелики.

Объединение винчестеров в дисковые массивы также увеличивает производительность дисковой подсистемы, но, согласно исследованиям покупательного спроса, в абсолютном большинстве файловых серверов дисковые массивы не используются - слишком дорого. Системы RAID нашли применение, главным образом, в серверах баз данных.

Следовательно, сетевой канал с пропускной способностью 100 Мбит/с спокойно выдержит одновременную работу 2-3 винчестеров при условии, что остальные компоненты сервера (процессор, размер ОЗУ, пропускная способность шины, сетевая операционная система) подобраны оптимально.

Архитектура клиент-сервер у большинства пользователей ассоциируется с понятием мощных СУБД. Для таких баз данных, если не используются крупные BLOB-объекты, характерен небольшой сетевой трафик. Однако отождествлять архитектуру клиент-сервер только с СУБД - все равно, что отождествлять понятие самолета с лайнером Боинг-747. На самом деле приложений клиент-сервер, несвязанных с базами данных, великое множество. И если большинство Web-приложений дают сравнительно небольшую нагрузку на сеть, то использование оконной системы X Window System серьезно увеличивает трафик. (Для решения проблемы уменьшения нагрузки на сеть была выпущена новая редакция X - X Window System 11 Release 6.)

Электронную почту и печать можно отнести в большой степени к файловым операциям, но эти виды приложений имеют гораздо менее жесткие требования к времени задержки при передаче данных, поэтому условно они выделены в отдельную группу.

Таким образом, в промышленном секторе и в деловой сфере основной упор делается на сетевые потоки, связанные с файловыми операциями, приложениями клиент-сервер, электронной почтой и выводом данных на печать.

Именно с этих позиций и следует рассматривать применение современных сетевых технологий на уровне рабочей группы и на уровне корпоративной магистрали.

РАБОЧАЯ ГРУППА

Там, где требуется высокая надежность, безотказность, безопасность, производительность и простота администрирования, используются сети с выделенными файловыми серверами. Это справедливо даже для Windows NT и систем Unix. Хотя данные операционные системы позволяют строить одноранговые сети, эксперты настоятельно рекомендуют назначать в качестве сетевых серверов отдельные компьютеры.

Как показывает опыт, сети, основанные на разделяемом Ethernet (Рис. 1), уже не справляются с возросшими нагрузками. Эту проблему призваны решить либо быстрые каналы (Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, FDDI, ATM), либо коммутация каналов, либо то и другое одновременно.

Золотое правило построения сетей с файловыми серверами состоит в том, что канал подключения сервера к сети должен иметь большую полосу пропускания, чем канал подключения клиента. Идеальный вариант - когда полоса пропускания сетевого канала сервера равна суммарной производительности сетевых каналов всех клиентов, использующих ресурсы данного сервера. Но между идеальным и реальным, как говорят в Одессе, есть две большие разницы.

Отправной точкой для проектирования сетей с выделенными файловыми серверами является производительность дисковой подсистемы сервера. Сетевой канал подключения сервера должен иметь пропускную способность в диапазоне 100-200 Мбит/с. Большую производительность дисковая подсистема сервера просто не потянет, а меньшую из-за перегрузки сети иметь невыгодно. Таким образом, любая высокоскоростная технология (Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, FDDI, ATM) теоретически подходит для подключения сервера к сети.

Здесь самое место рассмотреть возможность использования ATM в рабочих группах. Тот, кто собирается устанавливать ATM на уровне рабочей группы, принимает безрассудное и, более того, безответственное решение. Ни одна основная сетевая операционная система пока не поддерживает полностью ATM (точнее, интерфейс UNI), используя эмуляцию ЛВС. Более того, производительность большинства плат ATM, имеющих теоретическую скорость 155 Мбит/с, не превосходит 40-50 Мбит/с. И это в то время, когда пропускная способность плат Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, FDDI равна 70-90 Мбит/с. И если плюс ко всему не закрывать глаза на чрезмерную стоимость, чехарду со стандартами, несовместимость оборудования разных поставщиков, сложность в настройке и отсутствие потребностей в высококачественном мультимедиа, то вывод напрашивается сам собой.

Что касается подключения клиентов к сети, то тут возможны варианты, которые зависят от требуемой производительности клиентов, а также от экономических соображений. В Табл.1 приводится раскладка затрат на создание сети для рабочей группы из 1 сервера и 22-23 клиентов. Для схем с концентратором и коммутатором Ethernet задействовано 23 клиента, а сервер подключается к сетевому оборудованию по одному каналу 10Base-T или 100Base-TX. В схемах с концентраторами и коммутаторами 100Base-TX и 100VG-AnyLAN задействовано 22 клиента, сервер подключается двумя каналами к сетевому оборудованию (каждый канал к отдельному концентратору или коммутатору). Все цены взяты для Москвы. В сетях Ethernet и Fast Ethernet используется оборудование фирмы 3Com (кроме коммутаторов 100Base-TX фирмы Cabletron System), а в сетях 100VG-AnyLAN - оборудование Hewlett-Packard. Средняя длина кабелей считается равной 25 м на одно подключение. Хотя в Таблице1 для некоторых вариантов используется кабель Категории 3, в новых сетях лучше сразу закладывать Категорию 5. Разница в цене составляет доли процента от общей стоимости оборудования, но выбор кабеля Категории 3 может в будущем серьезно затруднить модернизацию.

Если клиенты обеспечивают достаточно равномерную загрузку сети (а именно так работает большинство сетей), то лучше всего использовать коммутацию на основе Ethernet (Рис. 2). Канал сервера в 100 Мбит/с должен обслуживать 10-12 выделенных клиентских каналов Ethernet. Но все клиенты вряд ли будут постоянно работать в сети с полной нагрузкой, поэтому часто вместо 10-12 подключают 15-25. Такой вариант построения сети экономически самый целесообразный. Это относится не только к модернизации уже проложенных сетей, но и к построению новых. Абсолютное большинство современных приложений прекрасно работает в такой конфигурации. Может создаться впечатление, что пропускная способность выделенного канала Ethernet слишком мала для работы клиента, но это не совсем так.

Здесь уместно привести такой пример. Полная загрузка игры DOOM с сервера на ПК автора занимает 12 секунд, когда как с локального диска - 14. Используется ПК 486DX2-66 с DOS 6.22 и IDE-винчестером, а в качестве сервера задействован HP NetServer 5/100 LH с ОС NetWare 4.1. ПК подключен к коммутатору по выделенному каналу Ethernet, а сервер - через FDDI. Разумеется, производительность такой системы зависит от множества параметров. Если, например, на ПК установить 32-разрядный режим доступа к файлам или использовать интерфейс EIDE, то скорость обмена с локальным диском возрастет.

В качестве звена сопряжения сервера и коммутатора можно применять три протокола: Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN или FDDI. Все три практически равноценны с точки зрения пропускной способности, однако вариант с Fast Ethernet (100Base-TX) более дешевый. Тем не менее, если рабочая группа через коммутатор интегрирована в общекорпоративную сеть FDDI, имеет смысл подумать над подключением сервера через FDDI. Это дает возможность снизить накладные расходы на передачу пакетов в магистраль.

Если отдельным клиентам требуется большая полоса пропускания, чем в обычном Ethernet (или при значительной неравномерности нагрузки на сеть), то может оказаться предпочтительным использование концентраторов на основе Fast Ethernet (Рис. 3) или 100VG-AnyLAN. Но если слишком много клиентов работают с высокой нагрузкой в сети, то Fast Ethernet испытывает большое количество коллизий, и может оказаться, что производительность такой сети (и сервера в том числе) окажется даже меньшей, чем для варианта с коммутатором Ethernet. Кроме того, при использовании коммутатора каждый клиент имеет гарантированную полосу пропускания, здесь же этого нет.

Сети 100VG-AnyLAN не подвержены коллизиям, поскольку построены на основе архитектуры, учитывающей приоритет запроса (Demand Priority Architecture - DPA). Концепция 100VG более современная, в то время как Fast Ethernet использует подходы 70-х годов, правда, при других скоростях. Вместе с тем необходимо учитывать, что рынок 100VG постоянно сокращается, а рынок 100Base-T - наоборот, расширяется и, самое главное, цены на Fast Ethernet снижаются быстрее. Фактически, только Hewlett-Packard серьезно занимается пропагандой и внедрением технологии 100VG. Делая ставку на 100VG, можно в один прекрасный момент оказаться у разбитого корыта: с полок компьютерных магазинов оборудование 100VG скорее всего не исчезнет, но стоить будет гораздо дороже 100Base-T.

Еще одно возможное решение - выбор сети на основе коммутатора Fast Ethernet. Такие коммутаторы уже появились на рынке, и они позволяют обеспечить каждого клиента сети выделенным каналом Fast Ethernet. Некоторые коммутаторы Fast Ethernet имеют встроенный маршрутизатор IP- и/или IPX-пакетов, позволяя, тем самым, подключаться серверу более чем по одному сетевому каналу. Но из-за высоких цен (коммутатор Fast Ethernet дороже концентратора Fast Ethernet в 3-5 раз) эти устройства пока не нашли широкого применения. Если кому-то уж очень хочется потратить деньги, то лучше пустить их на увеличение оперативной памяти серверов. Эффект будет ощутимей.

МАГИСТРАЛЬ

Если у ATM и есть какие-либо шансы, то они в корпоративной магистрали. В настоящее время высокоскоростная магистраль может строиться только на основе FDDI и ATM. Все другие широко известные протоколы работают на слишком незначительных расстояниях, чтобы их можно было использовать в корпоративной магистрали. Например, общая длина сегмента Fast Ethernet на оптоволоконном кабеле (100Base-FX) не может превышать 228 м, и это с учетом промежуточных концентраторов.

В долгосрочной перспективе ATM позволяет строить корпоративные магистрали очень большой протяженности, громадной пропускной способности и с невиданными доселе характеристиками. Но как обстоит дело не в отдаленной перспективе, а сейчас или, по крайней мере, в ближайшем будущем?

Известно, что протокол FDDI плохо подходит для передачи мультимедиа из-за большого размера кадра FDDI, ATM же неэффективно работает при пересылке обычных файлов. Во-первых, это связано со значительными потерями при переходе Ethernet - ATM. Во-вторых, 5 байтов 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 - около 10%.

Для магистрали чаще всего предлагаются коммутаторы ATM с пропускной способностью 155 и 622 Мбит/с. Но из-за больших накладных расходов, а также в связи с тем, что существующие адаптеры ATM не "тянут" и половины заявленной пропускной способности, ATM на 155 Мбит/с будет уступать производительности FDDI для обычных сетевых потоков. Корпоративная магистраль с ATM на 622 Мбит/с кажется неплохим вариантом, если бы не высокая цена, неполнота стандартов и несовместимость оборудования разных производителей. Игра не стоит свеч! А кто желает стать подопытным кроликом для испытания ATM (притом за собственный счет!), то милости просим.

Технология ATM слишком сыра, чтобы на нее делать ставки. Прогнозы 1994 г. предсказывали, что количество соединений ATM к середине 1996 г. достигнет, а к концу года и обгонит в 2-3 раза количество соединений FDDI. Сейчас же пыл аналитиков резко спал. По самым оптимистическим прогнозам, к 2000 г. будет не более 22000 соединений ATM. Пессимисты считают более реальным 4000 соединений. Понятно, что производители оборудования ATM, вложившие колоссальные средства в эту технологию, так просто не успокоятся. Чтобы хоть как-то подогреть интерес к ATM, предлагаются самые разные новшества, типа технологии Cell In Frames (CIF) для передачи ячеек ATM по каналам Ethernet. Некоторые сетевые интеграторы рекомендуют подключать все файловые серверы рабочих групп к магистрали FDDI напрямую, а клиентов - через маршрутизатор (или коммутатор с функциями маршрутизации). Такой выбор они аргументируют тем, что в этом случае любой клиент сети имеет доступ к любому серверу предприятия максимум через одно маршрутизирующее устройство. В качестве контраргумента можно привести наблюдение специалистов фирмы Bay Networks: в хорошо спроектированной сети только 20% трафика приходится на межсетевое взаимодействие. Иными словами, основной трафик внутри рабочей группы связан с серверами этого же подразделения. Незачем забивать магистраль сетевыми потоками, не относящимися к корпоративным приложениям. Таким образом, файловые серверы рабочих групп лучше подключать к магистрали через коммутатор (маршрутизатор) (Рис. 4). Серверы, обслуживающие все предприятие, необходимо подключать к магистрали напрямую.

Что касается FDDI, то сейчас и в ближайшем будущем этот протокол, несомненно, основной кандидат для магистрали. Не имеющая аналогов в мире сетевых технологий отказоустойчивость, хорошо проработанные стандарты, гибкая архитектура, интегрированное управление и возможность работы на больших расстояниях делает FDDI незаменимым при создании высокоскоростных корпоративных сетей. К тому же конкуренция с другими сетевыми технологиями приводит к постоянному снижению стоимости подключений FDDI.

Если производительность магистрали FDDI все же окажется недостаточной, то можно использовать коммутацию каналов FDDI. Такие решения уже есть. Например, коммутатор GIGAswitch/FDDI фирмы Digital Equipment обеспечивает поддержку до 34 выделенных каналов FDDI и имеет внутреннюю шину с пропускной способностью до 4 миллионов пакетов в секунду. Хотя стоит он совсем недешево.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Несмотря на большую шумиху вокруг возможностей новых сетевых технологий и необходимости иметь мультимедиа на каждом рабочем месте, лишь немногие современные сетевые разработки стоят своих денег.

На уровне рабочей группы для повышения пропускной способности сети большинству пользователей вполне подойдет применение коммутаторов Ethernet с подключением сервера по каналу 100 Мбит/с. Это справедливо не только для модернизируемых, но и для вновь проектируемых сетей.

Для скоростных корпоративных магистралей пока наилучшим выбором остается FDDI. Технология ATM слишком сыра и дорогостоящая, чтобы выступать альтернативой FDDI.

ТАБЛИЦА 1 - СТОИМОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТОВ СЕТИ РАБОЧЕЙ ГРУППЫ