Осуществление связи в распределенных сетях

В настоящее время сетевым администраторам приходится управлять сложными WAN-сетями и обеспечивать работу все большего числа программных приложений, использующих протокол IP (Internet Protocol — IP) и Web. Эти сети предъявляют высокие требования к сетевым ресурсам и требуют высокопроизводительных сете­вых технологий. WAN-сети представляют собой сетевые среды, включающие в себя различные среды передачи, разнообразные протоколы и соединения с другими се тями, такими как глобальная сеть Internet. Рост и управляемость таких сетей часто достигается весьма сложным взаимодействием различных протоколов и функций.

Несмотря на повышение производительности используемого оборудования и улуч­шение свойств передающей среды проектирование WAN-сетей становится все более сложным. Тщательное проектирование сети WAN позволяет уменьшить количество про­блем, связанных с ростом сети. Для создания надежной, легко масштабируемой сети WAN сетевой проектировщик должен помнить о том, что каждая WAN-сеть предъявляет свои особые требования к проектированию. В последующих разделах приведен обзор ме­тодов, используемых при проектировании WAN-сетей и обеспечения в них надежной связи.

WAN-сети рассматриваются как множество каналов передачи данных, соеди­няющих маршрутизаторы локальных сетей LAN. Конечные станции пользователей и серверы LAN-сетей осуществляют обмен данными. Маршрутизаторы, при необхо­димости, передают данные между сетями LAN по каналам связи. Связь по каналам WAN-сетей осуществляется между географически удаленными друг от друга облас­тями. При необходимости осуществить связь локальной станции с удаленной стан­цией (т.е. с конечной станцией, расположенной в удаленном месте) информация пересылается по одному или более каналам WAN-сетей.

В сети WAN маршрутизаторы играют роль соединительных точек сети. Эти маршру­тизаторы определяют оптимальный путь по сети для передаваемого потока данных.

Как правило, финансовые и юридические вопросы, связанные с обслуживанием каналов, образующих сеть WAN, решаются провайдером службы или оператором связи, а требуемые пользователю службы предоставляются предприятию с соответ­ствующей оплатой.

Двумя основными технологиями служб WAN-сетей являются коммутация кана­лов и коммутация пакетов. Каждая из этих технологий имеет свои достоинства и не­достатки. Например, сети с коммутацией каналов предоставляют пользователю вы­деленную только ему полосу пропускания, которая не может использоваться други­ми пользователями.

Наоборот, коммутация пакетов является методом, при использовании которого сетевые устройства совместно используют канал типа "точка-точка" для передачи пакетов от источника к получателю по сети оператора связи. Сети с коммутацией пакетов традиционно обладают большей гибкостью и используют полосу пропуска­ния более эффективно, чем сети с коммутацией каналов. Эти каналы, соединяющие между собой локальные сети LAN или подсоединяющие их к другим сетям, обычно имеют значительно меньшую скорость передачи данных (полосу пропускания), чем 100 Мбит/с — значение, типичное для сетей LAN. Оплата канала является основной составляющей стоимости WAN; в процессе проектирования необходимо обеспечить удовлетворительную ширину полосы пропускания с приемлемой стоимостью. В ус­ловиях, когда пользователи хотели бы получать доступ к службам с высокими скоро­стями, а руководство компаний хотело бы удержать затраты в разумных пределах, определение оптимальной конфигурации WAN-сети является для проектировщика непростой задачей. По сетям WAN могут передаваться различные типы данных, та­кие как голосовые данные, обычные цифровые и видео, поэтому выбранный проект должен обеспечивать достаточную пропускную способность и приемлемое транзит­ное время, которые будут удовлетворять потребности предприятия. Это будет вклю­чать в себя, кроме всего прочего, выбор соответствующей топологии соединений различных узлов между собой и приемлемой пропускной способности.

Традиционные WAN-сети часто состояли из каналов передачи данных, соединяю­щих географически разделенные компьютеры-мейнфреймы; в современных сетях эти каналы соединяют между собой географически разделенные сети LAN. Рабочие стан­ции конечных пользователей, серверы и маршрутизаторы находятся в этих LAN-сетях, а каналы WAN-сетей заканчиваются на маршрутизаторах. При обмене информацией между соединенными друг с другом LAN-сетями маршрутизаторы определяют опти­мальный маршрут по сети для конкретных потоков данных. Маршрутизаторы могут также обеспечивать качество обслуживания (Quality Of Service — QoS) и управлять им, задавая различные приоритеты разным типам данных.

По сравнению с современными WAN-сетями новые WAN-инфраструктуры должны быть более сложными, основываться на новых технологиях и способны ра­ботать со все более возрастающим и быстро изменяющимся множеством приложе­ний, обеспечивая требуемый и гарантируемый уровень служб. Кроме того, предпо­лагаемое 300%-возрастание объема передачи данных в ближайшие 5 лет заставит предприятия все более контролировать и сдерживать расходы на WAN-сети.

Сетевые проектировщики используют WAN-технологии для удовлетворения этих новых требований. По соединениям WAN-сетей обычно передается важная инфор­мация и их требуется оптимизировать в отношении затрат и ширины полосы про­пускания. Например, маршрутизаторы, соединяющие сети кампусов, обычно при­меняют оптимизацию потоков, избыточные маршруты, резервные соединения уда­ленного доступа для аварийных ситуаций и QoS для критически важных приложений. В табл. 12.3 приведены обобщенные характеристики WAN-технологий, удовлетворяющих различным требованиям.

Таблица 12.3. Обзор WAN-технологий

Поскольку сеть WAN представляет собой просто набор соединений между распо­ложенными в LAN-сетях маршрутизаторами, в ней отсутствуют какие-либо службы высших уровней и технологии WAN функционируют на трех самых нижних уровнях эталонной модели OSI: физическом, канальном и сетевом, как показано на рис. 12.23. Маршрутизаторы определяют пункт назначения пакетов по заголовку сетевого уровня и передают их на соответствующее соединение канального уровня для доставки по фи­зическому каналу.

Рис. 12.23. Сети WAN функционируют на 1-м, 2-м и 3-м уровнях

Традиционно WAN-коммуникации характеризовалась как имеющие низкую пропускную способность, большую задержку и высокий уровень ошибок. Одной из их характеристик была также стоимость аренды у провайдера службы передающей среды ( т.е. кабеля) для соединения между собой двух кампусов. Поскольку инфра­структура WAN часто арендуется у провайдера службы, при проектировании WAN-сети необходимо добиться оптимального сочетания стоимости полосы пропускания и ее эффективности. Например, все технологии и функции, используемые в WAN-сетях, должны удовлетворять следующим требованиям:

оптимальная полоса пропускания;

минимальная стоимость;

максимальная эффективность службы для конечного пользователя.

В последнее время традиционные сети совместного использования стали испы­тывать перегрузки из-за новых требований к сетям, которые описаны ниже.

По мере того, как с целью повышения производительности предприятия ста­ли использовать мультимедийные приложения в режиме "клиент-сервер", нагрузка на сети значительно возросла.

Скорость повышения требований приложений увеличилась и это, без сомне­ния, будет продолжаться (например, "подталкивающие" технологии Internet).

Приложения во все большей степени требуют особого качества обслуживания, вследствие необходимости в службах, которые они предоставляют конечным пользователям.

Устанавливается беспрецедентное количество соединений между разнообраз­ными офисами, удаленными пользователями, мобильными пользователями, международными узлами, поставщиками/потребителями и соединений через сеть Internet.

Взрывной рост корпоративных intranet- и extranet-сетей создает все большую потребность в большей полосе пропускания.

Возрастание количества промышленных серверов позволяет решать коммер­ческие задачи различных компаний и организаций.