Локальные сети будущего и будущее локальных сетей

Нельзя объять необъятное.

Козьма Прутков

Будущее Ethernet

Огромные вложения, сделанные во всем мире в сети на базе Ethernet и программное обеспечение для них, (по статистическим данным, более 50% всех локальных сетей в мире используют Ethernet) толкают разработчиков и производителей сетевого оборудования на поиск путей продления его жизни. Основной минус Ethernet сегодня - медлительность. 10 Мбит/с на сегмент, которые надо еще поделить между всеми подключенными компьютерами, - в век видеоконференций и компьютерной графики это никого не устраивает.

Первое решение, появившееся около года назад, состоит в том, что на место хаба помещается так называемый Ethernet Switch. Внешне идентичный хабу, Switch обладает некоторыми свойствами многопортового бриджа. Он использует то, что большинство пакетов Ethernet явно содержат адрес получателя. Если такой пакет будет передан получателю без уведомления всех остальных абонентов сети, ничего страшного не произойдет - он им и не предназначался. Именно таким образом функционируют бриджи, но у них обычно только два порта.

Современный Ethernet Switch может иметь до 16 портов и производить передачу пакета между любыми двумя независимо от остальных. Например, если на порт 1 поступил пакет, получатель которого подключен к порту 8 (рис. 6), и одновременно с ним на порт 6 поступил пакет для получателя на порту 2, то Switch передаст их оба одновременно. В случае обычного хаба это бы вызвало коллизию и пакеты должны были бы быть переданы последовательно. Пиковая пропускная способность 8-портового Switch-a может достигать 40Мбит/с, а 16-портового 80 Мбит/с (4 или 8 одновременно пересылаемых пакетов).

Рис. 6. Современный Ethernet Switch

Switch позволяет значительно расширить суммарную полосу пропускания сети, однако он не увеличивает теоретический предел для одного подключения - на каждом из его портов доступны все те же 10 Мбит/с. К достоинствам этого решения следует отнести то, что оно не требует замены сетевых адаптеров в компьютерах, замене подлежит лишь хаб. Это означает, что переход не будет слишком обременителен с финансовой точки зрения.

Следующее решение - полнодуплексный Ethernet, который находится на стадии утверждения стандарта, потребует для своего использования как нового хаба, так и нового сетевого адаптера. Идея этого метода состоит в том, что передача пакетов в 10 Base Т Ethernet в компьютер и из него осуществляется по разным проводам. Поэтому возникает возможность одновременной пересылки двух пакетов, если они идут в разных направлениях. Так можно увеличить пропускную способность чуть ли не вдвое. (Для традиционного коаксиального кабеля это, естественно, невозможно. Надо сказать, что сегодня конструкторская мысль мало внимания уделяет модификации системы с коаксиальным кабелем. Внимание сосредоточено на витой паре). Первые хабы и адаптеры, использующие этот механизм, должны появиться в ближайшие год - два.

Наиболее революционный подход, тоже рассматриваемый в комитетах по стандартам, предлагает увеличение скорости передачи в сетях Ethernet на основе витой пары до 100 Мбит/с. Это возможно, если использовать провод соответствующего качества. В рассмотрении находятся два проекта, по разному подходящие к механизму передачи. Хотя здесь работа и не так сильно продвинута, но потребность рынка в таком решении, видимо, приведет к появлению первых промышленных образцов в ближайшие годы.

Рассмотренные примеры могут вызвать недоумение - зачем увеличивать пропускную способность устаревшей сети? Еще можно понять, когда такое увеличение не требует замены интерфейсов в компьютерах, но уж если их все равно надо менять - почему бы сразу не использовать более скоростные (и уже существующие) сети, FDDI например. Не следует забывать, что помимо аппаратной возможности передать данные существует еще и программная сторона - всегда есть программы, которые собственно и передают данные. Многие существующие программные средства написаны для протокола Ethernet и существенно используют его свойства. Включение поддержки новых протоколов в ближайшем будущем маловероятно (спрос не очень велик).

В случае же утверждения новых видов Ethernet и появления соответствующих аппаратных средств, изменения коснутся прежде всего той части, в которой они (интерфейсы и хабы) общаются между собой, та же сторона, которой они обращены к компьютеру и пользователю не претерпит значительных изменений (или вообще не изменится), позволяя использовать имеющиеся программные средства.

АТМ-Asynchronous Transfer Mode

При написании этой части возникли серьезные проблемы - какие же новые сети следует выбрать для рассмотрения? При обилии уже существующих и зарождающих стандартов - FDDI, Frame Relay, DQDB, SMDS, и др. - понятна невозможность даже краткого описания их всех в этом обзоре, который мы вовсе не планировали как справочник. Какие же тогда выбрать?

В конце концов решено было остановиться на АТМ, во-первых, из-за принципиально новых подходов, которые использованы при ее разработке, во-вторых, из-за той роли, которую она должна сыграть в преображении мира локальных сетей, и, наконец, из-за того, что она похоже уже получила свой "вотум доверия", а производители бросились наперегонки в объявлениях новых и новых продуктов и разработок (а потенциальные покупатели довольно потирают руки.).

АТМ (Asynchronouns Transfer Mode) зародилась в лабораториях АТ&Т еще в 1980г. как технология, способная обеспечить передачу различных видов информации (в то время - телефонный сигнал и данные). Долгое время АТМ развивалась как базовый уровень для Broadband ISDN (Broadband ISDN - стандарт телекоммуникационной сети, предназначенной для передачи разнородных данных с очень высокими скоростями (сотни Мбит/с). В отличие от Primary Rate ISDN (до 2-х Мбит/с) и Basic Rate ISDN (144 Кбит/с), которые широко распространены уже сейчас, Broadband ISDN должна получить распространение к середине 90-х по мере развития технологии и потребностей абонентов телекоммуникационных сетей.), однако сейчас является вполне самостоятельной технологией. Создан и активно занимается развитием АТМ и стандартизацией интерфейсов специальный комитет - АТМ Форум.

Структура АТМ достаточно проста (рис. 7), в основе ее лежит сеть из АТМ Switch-ей (в простейшем случае он может быть один), соединенных между собой высокоскоростными (обычно оптоволоконными) каналами связи. Сеть АТМ Switch-ей представляет из себя высокоскоростной коммутатор для пакетов, поступающих по внешним интерфейсам от внешних устройств - бриджей, рутеров, отдельных компьютеров или другого оборудования.

Рис. 7. Структура АТМ

В чем же привлекательность АТМ? Все существующие сейчас локальные сети - Ethernet, Token Ring, FDDI и другие - разделяют один недостаток: они все имеют фиксированную полосу пропускания. Для Ethernet она составляет 10 Мбит/с, для Token Ring - 4 или 16 Мбит/с, для FDDI - 100 Мбит/с. Все пользователи сети делят между собой эту полосу и подключение новых неизбежно ведет к уменьшению доли, приходящейся на каждого. Не так в АТМ, здесь подключение нового пользователя нисколько не ухудшает положения - каждый получает в свое распоряжение интерфейс с гарантированной полосой пропускания (типично -100-150 Мбит/с, но может быть и меньше и значительно больше), которая не зависит от активности других пользователей. Это достигается тем, что скорость коммутации пакетов в АТМ Switch на 1-2 порядка превосходит скорость интерфейсов, достигая единиц и десятков Гбит/с.

Такие высокие скорости коммутации стали возможны как благодаря развитию технологии, так и нетрадиционному подходу к инкапсуляции данных в пакеты. АТМ использует пакеты (в терминологии АТМ - cell, ячейка) небольшого и фиксированного размера - 53 байта, из которых 5 байт отводятся под служебную информацию и 48 - под данные. Использование пакетов фиксированной длины позволяет значительно упростить алгоритмы буферизации в сетевой аппаратуре и использовать буфера фиксированного размера. Упрощение же алгоритмов буферизации позволяет реализовать их аппаратно, многократно повышая производительность.

Следует отметить, что, хотя пакеты фиксированной длины и удобны, позволяя достигать высокой скорости передачи, однако существующие сегодня протоколы, как высокого уровня - TCP/IP, так и низкого, например, Ethernet, используют пакеты переменной длины. Поэтому подсоединение к АТМ существующих сетей требует, чтобы соответствующие устройства - бриджи и рутеры - обеспечивали разбиение и сборку пакетов. Тем самым они должны взять на себя значительную часть нагрузки, позволяя АТМ Switch-ам эффективно работать. Другим следствием использования пакетов малого фиксированного размера являются небольшие и хорошо предсказуемые задержки пакетов в сети. Это именно то требование, которое предъявляется к сети передачи приложениями, использующими, аудио или видео информацию. АТМ - фактически первая сеть, которая способна действительно полноценно обеспечить поддержку приложений, использующих Multimedia.

Более того, АТМ способна в будущем заменить многочисленные коммуникационные сети, существующие сейчас. Обладая огромной пропускной способностью и будучи отлично приспособленной для передачи разнородной информации (аудио, видео, факс, данные, и т.д.), АТМ способна объединить в себе как существующие телефонную и компьютерные сети, так и возникающие коммуникационные структуры для проведения телеконференций и многое другое.

Помимо решения острейшей проблемы недостаточной пропускной способности современных сетей, АТМ дает также средства для упрощения другой задачи - переконфигурации сети. В современных сетях логические и физические структуры тесно связаны. Изменение физической структуры - например, переезд части отдела в новое место, - влечет за собой изменение и логической структуры: создание новой подсети, переназначение сетевых адресов, переконфигурацию рутеров, определение новых прав доступа и т.д. В той или иной форме эти проблемы характерны для всех современных локальных сетей.

АТМ определяет так называемые виртуальные соединения - логические связи между подключенными к АТМ сетями. Две или более сети, подключенных к АТМ через бридж (рис. 8), образуют логически одну сеть, не замечая присутствия Switch-a между ними.

Рис. 8. Виртуальные соединения АТМ

Тем самым логическая структура сети оказывается независимой от географического расположения составляющих ее частей. Администратор сети получает возможность создавать логические сети, практически никак не ограниченные реальным физическим расположением составляющих их элементов.

По оценкам экспертов, первое время установки АТМ будут осуществляться в рамках локальных сетей, как правило, в качестве Backbone, где АТМ заменит FDDI и "толстый" Ethernet, хотя нет никаких преград и для подключения отдельного компьютера, и для использования АТМ в качестве глобальной сети. В будущем АТМ обещает вообще стереть грань, разделяющую локальные и глобальные сети сегодня.