Перспективы локальных сетей

Процессорная мощность компьютеров удваивается каждые 18 месяцев; примерно тому же закону подчиняется рост трафика локальной сети. За 20 лет тактовая частота процессора возросла от мегагерц до гигагерц, а пропускная способность Ethernet — от мегабит до гигабит, причем уже сейчас есть работающие прототипы Ethernet со скоростью передачи 10 Гбит/с.

Темпы нарастания трафика локальной сети с каждым годом все увеличиваются. Стандарт Fast Ethernet появился приблизительно через 15 лет после появления Ethernet; для создания следующего стандарта — Gigabit Ethernet — понадобилось примерно 5 лет, а первые действующие прообразы 10 Gigabit Ethernet отстоят от Gigabit Ethernet всего на 2 года.

Современные приложения требуют все большей пропускной способности сети. Оставив в стороне достаточно экзотические (пока) для нас мультимедийные приложения, такие, как потоковое видео, видеоконференции в локальной сети, голосовая связь по сети и т.п., рассмотрим только наиболее типичные группы приложений.

• Офисные пакеты. Заметна тенденция к размещению все большего количества данных на сервере. Вначале это были только групповые шаблоны; теперь же, чтобы пользователи могли совместно работать над документами, последние тоже нужно хранить на сервере. Однако тенденции к снижению размеров файлов документов не наблюдается — скорее наоборот. Кроме того, устанавливать пользователям продукты этой группы по сети эффективнее и удобнее. А в этом случае объем передаваемой информации исчисляется десятками и сотнями мегабайт за сеанс.

• Клиент-серверные СУБД. Наблюдается рост числа одновременных запросов к серверу БД, особенно в приложениях электронной коммерции. Кроме того, поскольку устройства хранения информации заметно дешевеют, в базы помещают все больше неструктурированных данных, занимающих большой объем: картинки, видео, голос, биометрическую информацию (например, отпечатки пальцев) и т.п. Это, в свою очередь, существенно увеличивает объем данных, передаваемых за один сеанс между клиентом и сервером.

• Интрасетевые приложения. Для них характерна многоуровневая обработка. Для выполнения одного приложения используется несколько серверов: Web, БД, бизнес-логики и т.д. Для связи этих серверов между собой и с клиентами необходима высокая пропускная способность.

Современные настольные системы при подключении к сети по стандарту Fast Ethernet в состоянии полностью утилизировать пропускную способность сетевого подключения, поскольку в настоящий момент все компоненты ПК, принимающие участие в работе с сетью, могут обрабатывать поток ввода-вывода на скорости, превышающей 100 Мбит/с.

Уже принят стандарт 1000BASE-T — Gigabit Ethernet по витой паре категории 5. Более того, появились и поддерживающие эту технологию продукты, в том числе адаптеры для настольных станций. Современные настольные ПК уже в состоянии обрабатывать сетевой трафик на скорости около 0,5 Гбит/с. А это значит, что в ближайшие годы Gigabit Ethernet может дойти до каждого рабочего места.

Таким образом, при одновременном доступе 10 клиентов одного коммутатора к централизованным ресурсам (а это, кстати, наиболее типичная картина для реальной сети) нагрузка на канал «коммутатор — ядро» составит не менее 1 Гбит/с (при подключении клиентов по коммутируемому Fast Ethernet). Поэтому граничные коммутаторы, то есть те, к которым непосредственно подключены клиенты, должны подключаться к магистрали как минимум по гигабитному каналу.

А теперь рассмотрим кампусную сеть, то есть единую сеть, охватывающую группу расположенных рядом зданий, где в каждом здании установлено несколько граничных коммутаторов, объединенных в пределах здания гигабитным коммутатором. Объединяющий коммутатор каждого здания соединен с центральным коммутатором (он находится в здании ВЦ), к которому подключены централизованные ресурсы кампусной сети. Если пропускная способность соединения «объединяющий коммутатор здания — центральный коммутатор ВЦ» не превышает 1 Гбит/с, данное соединение становится узким местом сети, так как на этом участке — от объединяющего коммутатора здания к центральному коммутатору — идет агрегированный трафик всех граничных коммутаторов здания, который в моменты пиковых нагрузок может значительно превышать 1 Гбит/с. Поэтому в ядре сети следует использовать неблокирующие гигабитные коммутаторы, соединенные между собой по мультигигабитным каналам.

В достаточно крупной сети (от 50 клиентов) «централизованные ресурсы» представляют собой не один сервер, а группу из двух-трех, а зачастую и больше специализированных серверов (файл-серверы, серверы приложений, факс-серверы, принт-серверы...). Поскольку клиентам обычно нужен доступ ко всем серверам и, кроме того, сами серверы весьма интенсивно «общаются» между собой, на участке сети, соединяющем сервер с ядром, необходимо обеспечить максимально возможную пропускную способность. Поэтому центральные серверы следует подключать к ядру сети.

Серверы со стандартной шиной PCI способны, при использовании гигабитного сетевого адаптера, обеспечить соединение сервера с сетью на скорости до 300 Мбит/с, что в три раза выше максимальной производительности Fast Ethernet. При этом нагрузка на центральный процессор со стороны сетевой карты фактически не возрастает. А новые серверы с несколькими «широкими» (64-разрядными) шинами PCI способны полностью загрузить гигабитную сетевую карту, то есть обеспечить обслуживание клиентов по сети на скорости, близкой к 1 Гбит/с! Новая 64-разрядная архитектура процессоров, новый стандарт PCI-X, новая архитектура взаимодействия подсистем в ПК (коммутация вместо общей шины) способны увеличить пропускную способность подсистем ввода-вывода (в том числе и сетевую) в несколько раз. Таким образом, современные серверы при подключении к сети по Gigabit Ethernet способны почти полностью утилизировать пропускную способность сетевого подключения.

На заре «сетевой эры» при построении локальных сетей (особенно в нашей стране) довольно часто допускались отклонения от стандартов для кабельных сетей. Зачастую причиной тому была бедность (оптоволоконная кабельная система и оборудование до сих пор недешевы), иногда небрежность, а в большинстве случаев — просто техническая неграмотность. Как ни странно, сети, построенные с нарушением стандартов, работали... до поры до времени. А потом они переставали работать или начинали вести себя странно и непредсказуемо («глючить») — например, нормально функционировали со всеми приложениями, кроме одного. И виноваты в этом были не приложения и не сетевые карты, а вся сеть целиком — вернее те, кто прокладывал кабель, не задумываясь о стандартах.

Еще более серьезные проблемы возникали в сетях «с отклонениями» при попытках перейти от Ethernet к Fast Ethernet. При более высоких скоростях сеть намного требовательнее к качеству кабельной системы, и те допущения, которые «прощались» на скорости 10 Мбит/с, ввергали 100-мегабитную сеть в состояние ступора. На собственном опыте могу сказать, что локализация проблем в сети, построенной много лет назад (и, естественно, без всякой документации), может «обеспечить» работой на неделю трех человек. Поэтому кабельная система обязательно должна соответствовать стандартам — международному, признанному у нас ISO-11801 или американскому TIA/EIA-568-A.

Кабельная система строится как минимум на пять лет, а обычно на срок гораздо более долгий. Но проект кабельной системы, в котором компьютерные и телефонные розетки расположены через каждые полметра периметра помещения, не пропустит ни одна бухгалтерия. Что делать? Использовать унифицированную горизонтальную проводку, то есть и для компьютерной, и для телефонной сети использовать одинаковую проводку и абонентские окончания (розетки).

Трафик в сети не превышает
пропускной способности самого медленного участка сети.