Компьютерные сети изначально предназначены для совместного доступа пользователя к ресурсам компьютеров: файлам, принтерам и т. п. Трафик, создаваемый этими традиционными службами компьютерных сетей, имеет свои особенности и существенно отличается от трафика сообщений в телефонных сетях или, например, в сетях кабельного телевидения. Однако 90-е годы стали годами проникновения в компьютерные сети трафика мультимедийных данных, представляющих в цифровой форме речь и видеоизображение. Компьютерные сети стал использоваться для организации видеоконференций, обучения и развлечения и, основе видеофильмов и т. п. Естественно, что для динамической передачи мультимедийного трафика требуются иные алгоритмы и протоколы и, соответствен но, другое оборудование. Хотя доля мультимедийного трафика пока невелика он уже начал свое проникновение как в глобальные, так и локальные сети, и JTO процесс, очевидно, будет продолжаться с возрастающей скоростью. Главной особенностью трафика, образующегося при динамической передаче голоса или изображения, является наличие жестких требований к синхронности передаваемых сообщений. Для качественного воспроизведения непрерывных процессов, которыми являются звуковые колебания или изменения интенсивное света в видеоизображении, необходимо получение измеренных и закодированных амплитуд сигналов с той же частотой, с которой они были измерены на передающей стороне. При запаздывании сообщений будут наблюдаться искажения В то же время трафик компьютерных данных характеризуется крайне неравно мерной интенсивностью поступления сообщений в сеть при отсутствии жестких требований к синхронности доставки этих сообщений. Например, доступ пользователя, работающего с текстом на удаленном диске, порождает случайный IKS ток сообщений между удаленным и локальным компьютерами, зависящий от действий пользователя по редактированию текста, причем задержки при доставке в определенных (и достаточно широких с компьютерной точки зрения) пределах мало влияют на качество обслуживания пользователя сети. Все алгоритмы компьютерной связи, соответствующие протоколы и коммуникационное оборудование были рассчитаны именно на такой «пульсирующий» характер трафика, поэтому необходимость передавать мультимедийный график требует внесения принципиальных изменений, как в протоколы, так и в оборудование. Сегодня практически все новые протоколы в той или иной степени предоставляют поддержку мультимедийного трафика.
Особую сложность представляет совмещение в одной сети традиционного компьютерного и мультимедийного трафика. Передача исключительно мультимедийного трафика компьютерной сетью хотя и связана с определенными сложностями, но вызывает меньшие трудности. А вот случай сосуществования двух типов трафика с противоположными требованиями к качеству обслуживания является намного более сложной задачей. Обычно протоколы и оборудование компьютерных сетей относят мультимедийный трафик к факультативному, поэтому качество его обслуживания оставляет желать лучшего. Сегодня затрачиваются большие усилия по созданию сетей, не ущемляющих интересы каждого из типов трафика. Наиболее близки к этой цели сети на основе технологии ATM, разработчики которой изначально учитывали случай сосуществования разных типов трафика в одной сети.
Управляемость
Управляемость сети подразумевает возможность централизованно контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, возникающие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети. В идеале средства управления сетями представляют собой систему, осуществляющую наблюдение, контроль и управление каждым элементом сети — от простейших до самых сложных устройств, при этом такая система рассматривает сеть как единое целое, а не как разрозненный набор отдельных устройств.
Хорошая система управления наблюдает за сетью и, обнаружив проблему, активизирует определенное действие, исправляет ситуацию и уведомляет администратора о том, что произошло и какие шаги предприняты. Одновременно с этим система управления должна накапливать данные, на основании которых можно планировать развитие сети. Наконец, система управления должна быть независима от производителя, и обладать удобным интерфейсом, позволяющим выполнять все действия с одной консоли.
Решая тактические задачи, администраторы и технический персонал сталкиваются с ежедневными проблемами обеспечения работоспособности сети. Эти задачи требуют быстрого решения, обслуживающий сеть персонал должен оперативно реагировать па сообщения о неисправностях, поступающих от пользователей или автоматических средств управления сетью. Постепенно становятся заметны более общие проблемы производительности, конфигурирования сети, обработки сбоев и безопасности данных, требующие стратегического подхода, то есть планирования сети. Планирование, кроме этого, включает прогноз изменений требований пользователей к сети, вопросы применения новых приложений, новых сетевых технологий и т. п.
Полезность системы управления особенно ярко проявляется в больших сетях: корпоративных или публичных глобальных. Без системы управления в таких сетях нужно присутствие квалифицированных специалистов по эксплуатации в каждом здании каждого города, где установлено оборудование сети, что в итоге приводит к необходимости содержания огромного штата обслуживающего персонала.
В настоящее время в области систем управления сетями много нерешенных проблем. Явно недостаточно действительно удобных, компактных и многопротокольных средств управления сетью. Большинство существующих средств вовсе не управляют сетью, а всего лишь осуществляют наблюдение за ее работой. Они следят за сетью, но не выполняют активных действий, если с сетью что-то произошло или может произойти. Мало масштабируемых систем, способных обслуживать как сети масштаба отдела, так и сети масштаба предприятия, — очень многие системы управляют только отдельными элементами сети и не анализируют способность сети выполнять качественную передачу данных между конечны ми пользователями сети.
Совместимость
Совместимость, или интегрируемость, означает, что сеть способна включав а себя самое разнообразное программное и аппаратное обеспечение, то есть в ней могут сосуществовать различные операционные системы, поддерживающие разные стеки коммуникационных протоколов, а также аппаратные средства и приложения от разных производителей. Сеть, состоящая из разнотипных элементов, называется неоднородной, или гетерогенной, а если гетерогенная сеть работает без проблем, то она является интегрированной. Основной путь построения интегрированных сетей — использование модулей, выполненных в соответствии с открытыми стандартами и спецификациями.
Качество обслуживания
В общем случае качество обслуживания (Quality of Service, QoS) определяет вероятностные оценки выполнения тех или иных требований, предъявляемых к сети приложениями или пользователями. Например, при передаче голосового трафика через сеть под качеством обслуживания чаще всего понимают гарантии того, что голосовые пакеты будут доставляться сетью с задержкой не более N мс, при этом вариация задержки не превысит М мс, и эти характеристики станут выдерживаться сетью с вероятностью 0,95 на определенном временном интервале.
То есть приложению, которое передает голосовой трафик, важно, чтобы сеть гарантировала соблюдение именно этого, приведенного выше набора характеристик качества обслуживания. Файловому сервису нужны гарантии средней полосы пропускания и расширения ее на небольших интервалах времени до некоторого максимального уровня для быстрой передачи пульсаций. В идеале сеть должна гарантировать особые параметры качества обслуживания, сформулированные для каждого отдельного приложения. Однако по понятным причинам разрабатываемые и уже существующие механизмы QoS ограничиваются решением более простой задачи — гарантированием неких усредненных требований, заданных для основных типов приложений.
Чаще всего параметры, фигурирующие в разнообразных определениях качества обслуживания, регламентируют следующие показатели работы сети:
- скорость передачи данных;
- задержки передачи пакетов;
- уровень потерь и искажений пакетов.
Качество обслуживания гарантируется для некоторого потока данных. Напомним, что поток данных — это последовательность пакетов, имеющих некоторые общие признаки, например адрес узла-источника, информация, идентифицирующая тип приложения (номер порта TCP/UDP) и т. п. К потокам применимы такие понятия, как агрегирование и дифференцирование. Так, поток данных от одного компьютера может быть представлен как совокупность потоков от разных приложений, а потоки от компьютеров одного предприятия агрегированы в один поток данных абонента некоторого поставщика услуг.
Механизмы поддержки качества обслуживания сами по себе не создают пропускной способности. Сеть не может дать больше того, что имеет. Так что фактическая пропускная способность каналов связи и транзитного коммуникационного оборудования — это ресурсы сети, являющиеся отправной точкой для работы механизмов QoS. Механизмы QoS только управляют распределением имеющейся пропускной способности в соответствии с требованиями приложений и настройками сети. Самый очевидный способ перераспределения пропускной способности сети состоит в управлении очередями пакетов.
Поскольку данные, которыми обмениваются два конечных узла, проходят через некоторое количество промежуточных сетевых устройств, таких как концентра торы, коммутаторы и маршрутизаторы, то поддержка QoS требует взаимодействия всех сетевых элементов на пути трафика, то есть «из конца в конец» («endtoend», е2е). Любые гарантии QoS настолько хороши, насколько их обеспечивает наиболее «слабый» элемент в цепочке между отправителем и получателем.
Поэтому нужно хорошо понимать, что поддержка QoS только в одном сетевом устройстве, пусть даже и магистральном, можег весьма незначительно улучшить качество обслуживания или же совсем не повлиять на параметры QoS. Реализация в компьютерных сетях механизмов поддержки QoS является сравнительно новой тенденцией. Долгое время компьютерные сети существовали без таких механизмов, и это объясняется в основном двумя причинами. Во-первых, большинство приложений, выполняемых в сети, были нетребовательными. Для таких приложений задержки пакетов или отклонения средней пропускной способности в достаточно широком диапазоне не приводили к значительной потере функциональности. Примерами нетребовательных приложений являются наиболее распространенные в сетях 80-х годов приложения электронной почты или удаленного копирования файлов.
Во-вторых, сама пропускная способность 10-мегабитных сетей Ethernet во многих случаях не являлась дефицитом. Так, разделяемый сегмент Ethernet, к которому было подключено 10-20 компьютеров, изредка копирующих небольшие текстовые файлы, не превышающие несколько сотен килобайт, позволял трафику каждой пары взаимодействующих компьютеров пересекать сеть 1ак быстро, как это требовалось породившим этот трафик приложениям.
В результате большинство сетей работало с тем качеством транспортного обслуживания, которое обеспечивало потребности приложений. Правда, никаких гарантий относительно нахождения задержек пакетов или пропускной способности, с которой пакеты передаются между узлами, в определенных пределах эти сети не давали. Более того, при временных перегрузках сети, когда значительная часть компьютеров одновременно начинала передавать данные с максимальной скоростью, задержки и пропускная способность становились такими, что работа приложений давала сбой — шла слишком медленно, с прерываниями сеансов и т. п.
Транспортный сервис, который предоставляли такие сети, получил название best effort, то есть сервис «с максимальными усилиями». Сеть старается обработать поступающий трафик как можно быстрее, но при этом никаких гарантий относительно результата своих усилий не дает. Примерами являются большинство популярных технологий, разработанных в 80-е годы: Ethernet, Token Ring, IP, X 25. Сервис «с максимальными усилиями» основан на некотором справедливом алгоритме обработки очередей, возникающих при перегрузках сети, когда в течение некоторого времени скорость поступления пакетов в сеть превышает скорость продвижения этих пакетов. В простейшем случае алгоритм обработки очереди рассматривает пакеты всех потоков как равноправные и продвигает их в порядке поступления (First Input First Output, FIFO). В том случае, когда очередь становится слишком большой (не умещается в буфере), проблема решается простым отбрасыванием вновь поступающих пакетов.
Очевидно, что сервис «с максимальными усилиями» обеспечивает приемлемое качество обслуживания только в тех случаях, когда производительность сети намного превышает средние потребности, то есть является избыточной. В такой сети пропускная способность достаточна даже для поддержания трафика пиковых периодов нагрузки. Также очевидно, что такое решение не экономично, по крайней мере, по отношению к пропускным способностям сегодняшних технологий и инфраструктур, особенно для глобальных сетей. Так как пиковые нагрузки и области, где они возникают, трудно предсказать, то такой путь не дает долго временного решения.
Тем не менее, построение сетей с избыточной пропускной способностью, будучи самым простым способом обеспечения нужного уровня качества обслуживания иногда применяется на практике. Например, некоторые поставщики сетевых услуг TCP/IP предоставляют гарантию качественного обслуживания, постоянно поддерживая определенный уровень превышения пропускной способности своих магистралей над потребностями своих клиентов.
В условиях, когда многие механизмы поддержания качества обслуживания только разрабатываются, использование для этих целей избыточной пропускной способности часто оказывается единственно возможным, хотя и временным решением.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. / В.Г.Олифер, Н.А.Олифер. — СПб: Издательство “Питер”, 1999. — 672 с.: ил.
2. Высокопроизводительные сети. Энциклопедия пользователя: Пер. с англ./Марк А. Спортак и др. — К.: Издательство “ДиаСофт”, 1998. – 432с.
3. Кульгин М. Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия — СПб: Издательство “Питер”, 2000. — 704 с.: ил.
4. Гук М. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия – СПб.: Издательство “Питер”, 2000. –576с.:ил.
5. Компьютерные сети +. Учебный курс (MSCE 70-058)/Пер. с англ. — М.: “Русская редакция”, 2000. — 552с.
6. Сети Windows NT 4.0: Пер. с англ. /Джон Д. Рули и др. — К.: Издательская группа BHV, 1997. — 800с.
7. Мельников Д.А. Информационные процессы в компьютерных сетях. Протоколы, стандарты, интерфейсы, модели… – М: КУДИЦ-ОБРАЗ, 1999. – 256с., ил.
8. Якубайтис Э.А. Информационные сети и системы. Справочная книга. — М.: Финансы и статистика, 1996. — 368c.: ил.
9. Ратынский М.В. Основы сотовой связи / Под ред. Д.Б. Зимина. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.:Радио и связь, 2000. – 248с.:ил.
10. Семенов А.Б., Стрижаков С.К., Сунчелей И.Р. Структурированные кабельные системы, 3-е изд. – М.: “Компьютер-Пресс”, 2001. – 608с.
Ресурсы в сети ИНТЕРНЕТ:
1. Русские документы: сетевые технологии https://www.rusdoc.ru/net.shtml
2. Сетевые протоколы https://www.protocols.ru
3. Аналитический обзор базовых стандартов СКС
https://www.ecolan.ru/st_review.htm
4. Техническая библиотека компании BiLiM Systems https://www.bilim.com
5. Сервер информационных технологий: сетевые технологии https://www.citforum.ru/nets/
6. Книги по сетям https://document.newmail.ru/la.htm
7. Термины и основные понятия телекоммуникаций https://www.online.ru/it/helpdesk/race/index.htm
8. Архив: проектирование сетей https://www.osp.interline.ru/archive/35.htm
9. Практика проектирования сетей https://kgg.moldline.net/