Теперь, перечислив и сравнив основные технологии, которые может задействовать разработчик, давайте перейдем к базовым вопросам и методам, используемым при проектировании и разработке сети.
Требования к сети.
Специалисты, занимающиеся разработкой вычислительных сетей, и сетевые администраторы всегда стремятся обеспечить выполнение трех основных требований, предъявляемых к сети, а именно:
масштабируемость;
производительность;
управляемость.
Хорошая масштабируемость необходима для того, чтобы без особых усилий можно было менять как число пользователей, работающих в сети, так и прикладное программное обеспечение. Высокая производительность сети требуется для нормальной работы большинства современных приложений. И, наконец, сеть должна быть достаточно легко управляемой, чтобы ее можно было перенастраивать для удовлетворения постоянно меняющихся потребностей организации. Эти требования отражают новый этап в развитии сетевых технологий - этап создания высокопроизводительных корпоративных сетей.
Уникальность новых программных средств и технологий усложняет разработку корпоративных сетей. Централизованные ресурсы, новые классы программ, иные принципы их применения, изменение количественных и качественных характеристик информационного потока, увеличение числа одновременно работающих пользователей и повышение мощности вычислительных платформ - все эти факторы необходимо учитывать в их совокупности при разработке сети. Сейчас на рынке имеется большое количество технологических и архитектурных решений, и выбрать из них наиболее подходящее - достаточно сложная задача.
В современных условиях для правильного проектирования сети, ее разработки и обслуживания специалисты должны учитывать следующие вопросы:
o Изменение организационной структуры.
При реализации проекта не следует "разлучать" специалистов по программному обеспечению и сетевых специалистов. При разработке сетей и всей системы в целом нужна единая команда из специалистов разного профиля;
o Использование новых программных средств.
Необходимо знакомиться с новым программным обеспечением еще на ранней стадии разработки сети для того, чтобы можно было своевременно внести необходимые коррективы в планирующиеся к использованию средства;
o Исследование различных решений.
Необходимо оценивать различные архитектурные решения и их возможное влияние на работу будущей сети;
o Проверка сетей.
Необходимо проводить тестирование всей сети или ее частей на ранних стадиях разработки. Для этого можно создать прототип сети, который позволит оценить правильность принятых решений. Так можно предупредить появление разного рода " узких мест" и определить применимость и примерную производительность разных архитектур;
o Выбор протоколов.
Чтобы правильно выбрать конфигурацию сети, нужно оценить возможности различных протоколов. Важно определить, как сетевые операции, оптимизирующие работу одной программы или пакета программ, могут повлиять на производительность других;
o Выбор физического расположения.
Выбирая место установки серверов, надо, прежде всего, определить местоположение пользователей. Возможно ли их перемещение? Будут ли их компьютеры подключены к одной подсети? Будут ли пользователи иметь доступ к глобальной сети?
o Вычисление критического времени.
Необходимо определить время допустимой реакции каждого приложения и возможные периоды максимальной нагрузки. Важно понять, как нештатные ситуации могут повлиять на работоспособность сети, и определить, нужен ли резерв для организации непрерывной работы предприятия;
o Анализ вариантов.
Важно проанализировать различные варианты использования программного обеспечения в сети. Централизованное хранение и обработка информации часто создают дополнительную нагрузку в центре сети, а распределенные вычисления могут потребовать усиления локальных сетей рабочих групп.
На сегодня нет готовой, отлаженной универсальной методики, следуя которой, можно автоматически провести весь комплекс мероприятий по разработке и созданию корпоративной сети. В первую очередь это связано с тем, что не существует двух абсолютно одинаковых организаций. В частности, каждая организация характеризуется уникальным стилем руководства, иерархией, культурой ведения дел. А если учесть, что сеть неизбежно отражает структуру организации, то можно смело сказать - двух одинаковых сетей не существует.
Архитектура сети
До того как начинать построение корпоративной сети, необходимо сначала определить ее архитектуру, функциональную и логическую организацию и учесть существующую телекоммуникационную инфраструктуру. Тщательно проработанная архитектура сети помогает оценить возможность применения новых технологий и прикладных программ, служит заделом для будущего роста, определяет выбор сетевых технологий, помогает избежать избыточных затрат, отражает связь сетевых компонентов, значительно снижает риск неправильной реализации и т.д. Архитектура сети закладывается в основу технического задания на создаваемую сеть. Следует отметить, что архитектура сети отличается от проекта сети тем, что она, например, не определяет точную принципиальную схему сети и не регламентирует размещение сетевых компонентов. Архитектура сети, например, определяет, будут ли некоторые части сети построены на базе Frame Relay, ATM, ISDN или других технологий. Сетевой проект должен содержать конкретные указания и оценки параметров, например, требуемое значение пропускной способности, реальную ширину полосы пропускания, точное расположение каналов связи и т.д.
В архитектуре сети выделяют три аспекта, три логические составляющие:
принципы построения,
сетевые шаблоны
и технические позиции.
Принципы построения используются при планировании сети и принятии решений. Принципы - это набор простых инструкций, которые с достаточной степенью детализации описывают все вопросы построения и эксплуатации развертываемой сети в течение длительного периода времени. Как правило, в основе формирования принципов лежат корпоративные цели и базовые методы ведения бизнеса организации.
Принципы обеспечивают первичную связь между корпоративной стратегией развития и сетевыми технологиями. Они служат для разработки технических позиций и сетевых шаблонов. При разработке технического задания на сеть принципы построения сетевой архитектуры излагаются в разделе, определяющем общие цели сети. Техническая позиция может рассматриваться в качестве целевого описания, определяющего выбор между конкурирующими альтернативными сетевыми технологиями. Техническая позиция уточняет параметры выбранной технологии и дает описание отдельно взятого устройства, метода, протокола, предоставляемого сервиса и т.д. Например, при выборе технологии локальной сети необходимо принимать во внимание скорость, стоимость, качество обслуживания и другие требования. Разработка технических позиций требует глубокого знания сетевых технологий и внимательного рассмотрения требований организации. Количество технических позиций определяется заданной степенью детализации, сложностью сети и масштабами организации. Архитектура сети может быть описана следующими техническими позициями:
Сетевые транспортные протоколы.
Какие транспортные протоколы должны использоваться для передачи информации?
Маршрутизация в сети.
Какой протокол маршрутизации должен использоваться между маршрутизаторами и коммутаторами ATM?
Качество обслуживания.
За счет чего будет достигаться возможность выбора качества сервиса?
Адресация в сетях IP и домены адресации.
Какая адресная схема должна использоваться для сети, включая зарегистрированные адреса, подсети, маски подсети, переадресацию и т.д.?
Коммутация в локальных сетях.
Какая стратегия коммутации должна быть использована в локальных сетях?
Объединение коммутации и маршрутизации.
Где и как должны использоваться коммутация и маршрутизация; как они должны объединяться?
Организация городской сети.
Каким образом должны связываться отделения предприятия, находящиеся, скажем, в одном городе?
Организация глобальной сети.
Каким образом отделения предприятия должны связываться по глобальной сети?
Служба удаленного доступа.
Как пользователи удаленных отделений получают доступ к сети предприятия?
Сетевые шаблоны - это набор моделей сетевых структур, отражающих связь между компонентами сети. Например, для определенной архитектуры сети создается набор шаблонов, чтобы "проявить" топологию сети крупного отделения или глобальной сети, или показать распределение протоколов по уровням. Сетевые шаблоны иллюстрируют сетевую инфраструктуру, которая описывается полным набором технических позиций. Более того, в хорошо продуманной сетевой архитектуре сетевые шаблоны по степени детализации могут максимально приближаться по своему содержанию к техническим позициям. По сути дела, сетевые шаблоны - это описание функциональной схемы участка сети, имеющего конкретные границы, можно выделить следующие основные сетевые шаблоны: для глобальной сети, для городской сети, для центрального офиса, для крупного отделения организации, для отделения. Могут быть разработаны и другие шаблоны для участков сети, имеющих какие-либо особенности.
Описываемый методологический подход основан на изучении конкретной ситуации, рассмотрении принципов построения корпоративной сети в их совокупности, анализе ее функциональной и логической структуры, выработке набора сетевых шаблонов и технических позиций. Различные реализации корпоративных сетей могут включать в свой состав те или иные компоненты. В общем случае корпоративная сеть состоит из различных отделений, объединенных сетями связи. Они могут быть глобальными (WAN) или городскими (MAN). Отделения могут быть крупными, средними и малыми. Крупное отделение может быть центром обработки и хранения информации. Выделяется центральный офис, из которого производится управление всей корпорацией. К малым отделениям можно отнести различные обслуживающие подразделения (склады, мастерские и т.д.). Малые отделения по сути являются удаленными. Стратегическое назначение удаленного отделения - разместить службы сбыта и технической поддержки поближе к потребителю. Связь с клиентами, которая в значительной мере влияет на доходы корпорации, будет более продуктивной, если все сотрудники получат возможность доступа к корпоративным данным в любой момент времени.
На первом шаге построения корпоративной сети описывается предполагаемая функциональная структура. Определяется количественный состав и статус офисов и отделений. Обосновывается необходимость развертывания собственной частной сети связи или производится выбор провайдера услуг, который способен удовлетворить предъявляемые требования. Разработка функциональной структуры производится с учетом финансовых возможностей организации, перспективных планов развития, числа активных пользователей сети, работающих приложений, необходимого качества обслуживания. В основе разработки лежит функциональная структура самого предприятия.
На втором шаге определяется логическая структура корпоративной сети. Логические структуры отличаются друг от друга только выбором технологии (ATM, Frame Relay, Ethernet …) для построения магистрали, которая является центральным звеном сети корпорации. Рассмотрим логические структуры, построенные на базе коммутации ячеек и коммутации кадров. Выбор между этими двумя способами передачи информации осуществляется, исходя из необходимости предоставления гарантированного качества обслуживания. Могут быть использованы и другие критерии.
Магистраль передачи данных должна удовлетворять двум основным требованиям.
o Возможность подключения большого количества низкоскоростных рабочих станций к небольшому количеству мощных, высокоскоростных серверов.
o Приемлемая скорость отклика на запросы клиентов.
Идеальная магистраль должна обладать высокой надежностью передачи данных и развитой системой управления. Под системой управления следует понимать, например, возможность конфигурирования магистрали с учетом всех местных особенностей и поддержку надежности на таком уровне, что, даже если некоторые части сети выйдут из строя, серверы остаются доступными. Перечисленные требования определят, вероятно, несколько технологий и окончательный выбор одной из них остается за самой организацией. Необходимо решить, что важнее всего - стоимость, скорость, масштабируемость или качество обслуживания.
Логическая структура с коммутацией ячеек применяется в сетях с мультимедийным трафиком в реальном масштабе времени (проведение видеоконференций и качественная передача голоса). При этом важно трезво оценить, насколько необходима такая дорогостоящая сеть (с другой стороны, даже дорогие сети подчас не способны удовлетворить некоторые требования). Если это так, то необходимо брать за основу логическую структуру сети с коммутацией кадров. Логическую иерархию коммутации, объединяющую два уровня модели OSI, можно представить в виде трехуровневой схемы:
Нижний уровень служит для объединения локальных сетей Ethernet,
Средний уровень представляет собой либо локальную сеть ATM, либо сеть MAN, либо магистральную сеть связи WAN.
Верхний уровень данной иерархической структуры отвечает за маршрутизацию.
Логическая структура позволяет выявить все возможные маршруты связи между отдельными участками корпоративной сети
Магистраль на базе коммутации ячеек
При использовании для построения магистрали сети технологии коммутации ячеек объединение всех коммутаторов Ethernet уровня рабочих групп осуществляют высокопроизводительные коммутаторы ATM. Работая на втором уровне эталонной модели OSI, эти коммутаторы передают 53-байтовые ячейки фиксированной длины вместо кадров Ethernet переменной длины. Такая концепция построения сети подразумевает, что коммутатор Ethernet уровня рабочей группы должен иметь выходной порт ATM с функцией сегментации и сборки (SAR), который преобразовывает кадры Ethernet переменной длины в ячейки ATM фиксированной длины перед передачей информации на магистральный коммутатор ATM.
Для глобальных сетей базовые коммутаторы ATM способны обеспечить связь отдаленных регионов. Также работая на втором уровне модели OSI, эти коммутаторы в сети WAN могут использовать каналы T1/E1 (1.544/2.0Мбит/с), канал T3 (45Мбит/с) или канал OC-3 технологии SONET (155Мбит/с). Для обеспечения городской связи можно развернуть сеть MAN с использованием технологии ATM. Та же самая магистральная сеть ATM может использоваться для связи между собой телефонных станций. В будущем в рамках телефонной модели клиент/сервер эти станции могут быть заменены голосовыми серверами в локальной сети. В этом случае возможность гарантирования качества обслуживания в сетях ATM становится очень важной при организации связи с клиентскими персональными компьютерами.
Маршрутизация
Как уже было отмечено, маршрутизация - это третий и самый высокий уровень в иерархической структуре сети. Маршрутизация, которая работает на третьем уровне эталонной модели OSI, используется для организации сеансов связи, к которым относятся:
o Сеансы связи между устройствами, расположенными в различных виртуальных сетях (при этом каждая сеть является обычно отдельной IP-подсетью);
o Сеансы связи, которые проходят через глобальные/городские
Одна из стратегий построения корпоративной сети состоит в установке коммутаторов на нижних уровнях общей сети. Затем локальные сети связываются с помощью маршрутизаторов. Маршрутизаторы требуются для того, чтобы разделить IP-сеть большой организации на множество отдельных IP-подсетей. Это необходимо для предотвращения "широковещательного взрыва", связанного с работой таких протоколов, как ARP. Чтобы сдержать распространение нежелательного трафика по сети, все рабочие станции и серверы необходимо разбить на виртуальные сети. В этом случае маршрутизация управляет взаимодействием между устройствами, принадлежащими к различным виртуальным локальным сетям.
Такая сеть состоит из маршрутизаторов или серверов маршрутизации (логическое ядро), магистрали сети на базе коммутаторов ATM и большого количества коммутаторов Ethernet, расположенных на периферии. За исключением особых случаев, например, использования видеосерверов, которые подключаются непосредственно к магистрали ATM, все рабочие места и серверы должны подключаться к коммутаторам Ethernet. Такое построение сети позволит локализовать внутренний трафик внутри рабочих групп и предотвратить перекачку такого трафика через магистральные коммутаторы ATM или маршрутизаторы. Объединение коммутаторов Ethernet осуществляют коммутаторы ATM, обычно расположенные в том же самом отделении. Следует отметить, что может потребоваться несколько коммутаторов ATM, чтобы обеспечить достаточное количество портов для подключения всех коммутаторов Ethernet. Как правило, в этом случае используется связь на 155Мбит/с по многомодовому оптоволоконному кабелю.
Маршрутизаторы располагаются в стороне от магистральных коммутаторов ATM, так как эти маршрутизаторы необходимо вынести за маршруты основных сеансов связи. Такое построение делает маршрутизацию необязательной. Это зависит от типа сеанса связи и от вида трафика в сети. Маршрутизации нужно стараться избегать при передаче видеоинформации в реальном времени, так как она может вносить нежелательные задержки. Маршрутизация не нужна для связи между устройствами, расположенными в одной виртуальной сети, даже если они находятся в различных зданиях на территории большого предприятия.
Кроме того, даже в ситуации, когда маршрутизаторы требуются для проведения определенных сеансов связи, размещение маршрутизаторов в стороне от магистральных коммутаторов ATM позволяет минимизировать число переходов маршрутизации (под переходом маршрутизации понимается участок сети от пользователя до первого маршрутизатора или от одного маршрутизатора до другого). Это позволяет не только снизить задержку, но и уменьшить нагрузку на маршрутизаторы. Маршрутизация получила широкое распространение как технология связи локальных сетей в глобальной среде. Маршрутизаторы предоставляют разнообразные услуги, рассчитанные на многоуровневый контроль канала передачи. Сюда относятся общая схема адресации (на сетевом уровне), не зависящей от того, как формируются адреса предыдущего уровня, а также преобразование одного формата кадра контрольного уровня в другой.
Маршрутизаторы принимают решения о том, куда направлять поступающие пакеты данных, исходя из содержащейся в них информации об адресах сетевого уровня. Эта информация извлекается, анализируется и сопоставляется с содержимым таблиц маршрутизации, что позволяет определить, в какой порт следует отправить тот или иной пакет. Затем из адреса сетевого уровня вычленяется адрес канального уровня, если пакет следует передать в сегмент такой сети, как Ethernet или Token Ring.
Помимо обработки пакетов маршрутизаторы параллельно осуществляют обновление таблиц маршрутизации, которые используются для определения места назначения каждого пакета. Маршрутизаторы создают и ведут эти таблицы в динамическом режиме. В результате маршрутизаторы могут автоматически реагировать на изменение состояния сети, например, на возникновение перегрузки или повреждение каналов связи.
Определение маршрута - это достаточно сложная задача. В корпоративной сети коммутаторы ATM должны функционировать примерно так же, как и маршрутизаторы: обмен информацией должен проходить с учетом топологии сети, доступных маршрутов и стоимости передачи. Коммутатору ATM эта информация крайне необходима, чтобы выбрать наилучший маршрут для конкретного сеанса связи, инициируемого конечными пользователями. К тому же, определение маршрута не ограничивается одним лишь принятием решения о пути, по которому пройдет логическое соединение после формирования запроса на его создание.
Коммутатор ATM может выбрать новые маршруты, если по каким-либо причинам каналы связи окажутся недоступными. При этом коммутаторы ATM должны обеспечивать надежность сети на уровне маршрутизаторов. Чтобы создать расширяемую сеть с высокой экономической эффективностью, необходимо перенести функции маршрутизации на периферию сети и обеспечить коммутацию трафика в ее магистрали. ATM является единственной сетевой технологией, которая способна сделать это.
Для выбора технологии необходимо ответить на следующие вопросы:
Обеспечивает ли технология адекватное качество обслуживания?
Может ли она гарантировать качество обслуживания?
Насколько расширяемой получится сеть?
Допускается ли выбор топологии сети?
Рентабельны ли услуги, предоставляемые сетью?
Насколько будет эффективна система управления?
Ответы на эти вопросы определяют выбор. Но, в принципе, на разных участках сети могут использоваться разные технологии. Например, если отдельные участки требуют поддержки мультимедийного трафика в реальном времени или скорости в 45Мбит/с, то в них устанавливают ATM. Если же участок сети требует диалоговой обработки запросов, что не допускает существенных задержек, то необходимо использовать Frame Relay, если такие услуги доступны в данной географической области (иначе придется прибегнуть к Internet).
Так, большое предприятие может соединяться с сетью через ATM, в то время как филиалы связываются с той же самой сетью через Frame Relay.
При создании корпоративной сети и выборе сетевой технологии с соответствующим программным и аппаратным обеспечением следует учитывать соотношение цена/производительность. Трудно ожидать высоких скоростей от дешевых технологий. С другой стороны, бессмысленно использовать сложнейшие технологии для простейших задач. Следует правильно комбинировать различные технологии для достижения максимальной эффективности.
При выборе технологии следует учитывать тип кабельной системы и требуемые расстояния; совместимость с уже установленным оборудованием (значительной минимизации расходов можно достичь, если в новую систему удается включить уже установленное оборудование.
Вообще говоря, можно выделить два пути построения высокоскоростной локальной сети: эволюционный и революционный.
Первый путь основан на расширении старой доброй технологии ретрансляции кадров. Увеличить быстродействие локальной сети в рамках такого подхода можно за счет модернизации сетевой инфраструктуры, добавления новых каналов связи и изменения способа передачи пакетов (что и сделано в коммутируемом Ethernet). Обычная сеть Ethernet совместно использует полосу пропускания, то есть трафики всех пользователей сети соперничают друг с другом, претендуя на всю пропускную способность сетевого сегмента. В коммутируемом Ethernet создаются выделенные маршруты, благодаря чему пользователям доступна реальная полоса пропускания в 10Мбит/с.
Революционный путь предполагает переход на кардинально новые технологии, например, ATM для локальных сетей.
Богатая практика построения локальных сетей показала, что основным вопросом является качество обслуживания. Именно этим определяется, сможет ли сеть успешно работать (например с такими приложениями, как видеоконференции, которые находят все более широкое применение в мире).
Заключение.
Иметь или не иметь собственную сеть связи — это “личное дело” каждой организации. Однако если на повестке дня стоит построение корпоративной (ведомственной) сети, необходимо провести глубокое, всестороннее исследование самой организации, решаемых ею задач, составить чёткую схему документооборота в данной организации и уже на этой основе приступать к выбору наиболее приемлемой технологии. Одним из примеров построения корпоративных сетей является широко известная в настоящее время система «Галактика».
Список использованной литературы: