Ближайшие перспективы развития локальных сетей

Каждому IT-менеджеру, сетевому администратору, руководителю или просто специалисту, ответственному за локальную сеть организации, неоднократно приходилось (и будет приходиться) отвечать на непростой вопрос: справляется ли сеть с возложенными на нее задачами? будет ли она справляться с новыми задачами, которые мы хотим на нее возложить? что надо сделать, чтобы быть уверенным, что в ближайшие несколько лет сеть не будет узким местом нашей информационной системы?

Приведенный ниже конспект, возможно, поможет если не ответить на этот вопрос, то, по крайней мере, сформулировать его более конкретно.

Главная мысль

Трафик проходит через сеть со скоростью, не превышающей пропускную способность самого медленного участка сети, находящегося на его пути.

Основная идея 1

Клиентов в современных локальных сетях следует подключать по коммутируемым каналам Fast Ethernet

Факт

Процессорная мощность удваивается каждые 18 месяцев.

Тезис

Примерно такому же закону подчиняется рост трафика локальной сети.

Обоснование

Если за процессорную мощность принять тактовую частоеу процессора ПК, а трафик локальной сети оценивать по пропускной способности Ethernet, то утверждение почти очевидно: за 20 лет тактовая частота ПК возросла от менее, чем 10МГц, до 1ГГц (соответствующий процессор для ПК появится, я думаю, не позже, чем в следующем году); пропускная способность Ethernet возросла за тот же период от менее, чем 10Мбит/с до 1Гбит/с, причем уже сейчас есть работающие прототипы Ethernet на 10Гбит/с.

Тезис

Трафик локальной сети растет с каждым годом все быстрее.

Обоснование

Fast Ethernet появился примерно через 15 лет после появления Ethernet, Gigabit Ethernet – примерно через 5 лет после Fast Ethernet; первые действующие прообразы 10 Gigabit Ethernet появились через 2 года после Gigabit Ethernet.

Тезис

Современные приложения требуют все большей пропускной способности сети

Обоснование

Обходя стороной достаточно экзотические (пока) для нас мультимедийные приложения, например, потоковое видео, видеоконференции в локальной сети, голосовая связь по сети и т.п., рассмотрим только наиболее характерные офисные приложения.

1. Пакет Microsoft Office.
   Заметна тенденция к размещению все большего количества данных на сервере. Вначале это были только групповые шаблоны, теперь для обеспечения совместной работы пользователей над документами эти документы нужно так же хранить на сервере. Однако тенденции к снижению размеров файлов документов не наблюдается, скорее наоборот. Кроме того, этот пакет настолько часто обновляется (если не версиями, так сервисными обновлениями - service release), что для поддержания постоянно обновленной версии для каждого пользователя удобнее осуществлять сетевую установку этого продукта. А уж в этом случае объем передаваемой по сети за сеанс информации исчисляется десятками и сотнями мегабайт.
2. Приложения клиент-сервер для работы с базами данных.
   Заметно увеличение числа одновременных запросов к серверу БД, особенно в приложениях электронной коммерции. Кроме того, в связи с заметным удешевлением устройств хранения информации, в базы помещают все больше неструктурированных данных большого размера: картинки, видео, голос, биометрическую информацию (например, отпечатки пальцев) и т.п. Это, в свою очередь, заметно увеличивает объем данных, передаваемых за один сеанс между клиентом и сервером.
3. Intranet-приложения.
   Здесь характерна многоуровневая обработка. Для выполнения одного приложения используется несколько серверов: Web, БД, бизнес-логики и т.д. Необходима высокая пропускная способность для связи этих серверов между собой и с клиентами.

Тезис

Современные настольные системы при подключении к сети по Fast Ethernet в состоянии полностью утилизировать пропускную способность сетевого подключения.

Обоснование

В настоящий момент все компоненты ПК, принимающие участие в работе с сетью, способны обрабатывать поток ввода-вывода на скорости, превышающей 100Мбит/с.

Тезис

В ближайшие годы Gigabit Ethernet может дойти до каждого рабочего места

Обоснование

Уже принят стандарт на 1000BASE-T - Gigabit Ethernet по витой паре категории 5. К началу следующего года будут доступны поддерживающие эту технологию продукты, в том числе, адаптеры для настольных станций. При этом современные настольные ПК уже в состоянии обрабатывать сетевой трафик на скорости около 0,5Гбит/с.

Основная идея 2

Магистраль современных сетей следует строить на основе коммутаторов Gigabit Ethernet, причем коммутаторы в ядре сети нужно соединять по мультигигабитным каналам, а коммутаторы края сети должны быть соединены с ядром по каналам с пропускной способностью не меньше, чем 1Гбит/с.

Тезис

При подключении клиентов по коммутируемым каналам Fast Ethernet, граничные коммутаторы (коммутаторы, к которым непосредственно подключены клиенты) должны быть подключены к магистрали по гигабитному (не менее) каналу.

Обоснование

Поскольку в современных сетях большая часть трафика передается между клиентами и централизованными ресурсами (центральными серверами, шлюзами и т.п.), данные, поступающие от клиента на порт граничного коммутатора, обычно следуют в ядро сети, где и находятся централизованные ресурсы. При этом фактически весь поток данных от клиентов проходит через канал граничного коммутатора, связывающий его с ядром сети. Таким образом, при одновременном доступе 10 клиентов одного коммутатора к централизованным ресурсам (кстати, наиболее типичная картина для реальной сети) нагрузка на канал "коммутатор - ядро" составит 1Гбит/с (при подключении клиентов по коммутируемому Fast Ethernet).

Тезис

В ядре сети следует использовать неблокирующие гигабитные коммутаторы, соединенные между собой по мультигигабитным каналам.

Обоснование

Поясню на примере. Рассмотрим кампусную сеть (единую сеть для группы рядом стоящих зданий). В каждом здании установлено несколько граничных коммутаторов, объединенных в пределах здания гигабитным коммутатором. Объединяющий коммутатор каждого здания соединен с центральным коммутаторм, находящимся в здании ВЦ. К этому же коммутатору подключены централизованные ресурсы кампусной сети. В случае, когда пропускная способность соединения "объединяющий коммутатор здания - центральный коммутатор ВЦ" не превышает 1Гбит/с, данное соединение становится узким местом сети, т.к. от объединяющего коммутатора здания к центральному коммутатору идет агрегированный трафик всех граничных коммутаторов здания, который в моменты пиковых нагрузок может значительно превышать 1Гбит/с.

Основная идея 3

Центральные серверы (серверы, доступные большинству клиентов сети) следует подключать:

• по гигибитным каналам и
• к ядру сети.

Тезис

Центральные серверы следует подключать к сети по коммутируемым каналам Gigabit Ethernet

Обоснование

Как уже упоминалось, большую часть трафика локальной сети составляет обмен данными между клиентами и централизованными ресурсами; поэтому необходимо на участке сети, соединяющем сервер с клиентами, обеспечить пропускную способность хотя бы на порядок более высокую, чем скорость клиентского подключения (т.к. один сервер обслуживает одновременно многих клиентов; для реальных сетей нормально, если сервер обслуживает десять одновременных сеансов с клиентами). Так как современные серверы пока способны обрабатывать не более 1Гбит/с сетевого трафика, их следует подключать по коммутируемым каналам Gigabit Ethernet.

Тезис

Центральные серверы следует подключать к ядру сети

Обоснование

В достаточно крупной сети (от 50 клиентов) "централизоанные ресурсы" представляют собой не один сервер, а группу из двух, трех, а зачастую и больше, специализированных серверов (файл - серверы, серверы приложений; почтовые, коммуникационные, Internet/Intranet; CD-ROM -, факкс -, принт - серверы и т.д.). Поскольку клиентам, обычно, нужен доступ ко всем серверам и, кроме того, сами серверы весьма интенсивно "общаются" между собой, необходимо на участке сети, соединяющем сервер с ядром, обеспечить максимально возможную пропускную способность.

Тезис

Современные серверы при подключении к сети по Gigabit Ethernet способны почти полностью утилизировать пропускную способность сетевого подключения

Обоснование

Серверы со стандартной шиной PCI (одна шина, 32bit, 33MHz) способны, при использовании гигабитного сетевого адаптера, обеспечить соединение сервера с сетью на скорости до 300Мбит/с, что в три раза превышает максимальную производительность Fast Ethernet. При этом нагрузка на центральный процессор со стороны сетевой карты фактически не возрастает. Новые серверы с несколькими "широкими" (64bit) шинами PCI, при соответствующей комплектации (ЦП, память, дисковая подсистема) способны полностью загрузить гигабитную сетевую карту, т.е. обеспечить обслуживание клиентов по сети на скорости, близкой к 1Гбит/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.

Основная идея 4

Основные преимущества полноскоростной маршрутизации (маршрутизации со скоростью коммутации) в ядре сети:

• локализация ошибок;
• расширение возможностей по мониторингу, управлению и администрирования сети;
• в большинстве случаев - повышение производительности сети в целом.

Основная идея 5

При построении кабельной системы, следует стремиться к созданию СКС (структурированной кабельной системы)

Тезис

Вертикальная проводка должна быть выполнена оптическим кабелем

Обоснование

Вертикальная проводка служит обычно для связи граничных коммутаторов с ядром сети или для связи коммутаторов в ядре, таким образом она предназначена для организации каналов связи с пропускной способностью не менее 1Гбит/с. В настоящий момент такая пропускная способность поддерживается только на оптическом кабеле. Кроме того, поскольку кабельная система является капитальным капиталовложением, ее надо строить с учетом перспективы, а перспективы таковы, что требования к пропускной способности магистрали за пять лет могут легко вырасти на порядок, а в этом случае применение витой пары принципиально невозможно. Еще один важный момент, который необходимо иметь ввиду, состоит в том, что протяженность участков вертикальной проводки довольно часто выходит за пределы разрешенных для витой пары 100 метров. И здесь уже альтернативы оптическому кабелю нет.

Тезис

Кабельная система должна соответствовать стандартам ISO-11801 (международный, признанный у нас) или TIA/EIA-568-A (американский)

Обоснование

На заре "сетевой эры" довольно часто при построении локальных сетей (особенно в нашей стране) допускались отклонения от стандартов на кабельные сети. 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. Пока не приходилось менять какое-нибудь сетевое устройство (например, сетевой адаптер). И после замены вся сеть начинала, простите за вульгарность, "глючить"... Она могла работать нормально со всеми приложениями, кроме одного, и попытка разобраться с этим "нехорошим" приложением стоила многим администраторам потери по времени, а особенно по нервам, лет жизни. А виновато было не приложение, и не сетевая карта, а вся сеть, вернее те, кто клал кабель, не задумываясь о стандартах. Еще более серьезные проблемы возникали при попытках перехода на сети "с отклонениями" от Ethernet к Fast Ethernet. При более высоких скоростях сеть становится намного требовательнее к качеству кабельной системы, и те допущения, которые "прощались" на 10Мбит/с, повергали 100 мегабитную сеть в состояние ступора. Я сам участвовал в таком апгрейде и могу совершенно уверено заявить, что локализация ненормативных участков в сети, построенной N лет назад (и, естественно, без всякой документации) может стать недельной задачей для трех человек.

Тезис

Абонентскую часть (горизонтальную проводку) рекомендуется делать унифицированной (одинаковая проводка и абонентские окончания (розетки) для компьютерной и телефонной сетей)

Обоснование

Что такое унифицированная проводка? Это когда в компьютерную розетку можно воткнуть телефон, а втелефонную компьютер. И после этого и то и другое будет нормально работать (если не забыть перекоммутировать окончания на патч-панели). Зачем это нужно? Опытный сетевой администратор такого вопроса не задаст. Он прекрасно знает, что кабельная система делается на, как минимум, 5 лет, а обычно на срок гораздо более долгий; проект кабельной системы, в котором компьютерные и телефонные розетки расположены через каждые полметра периметра помещения, не пропустит ни одна бухгалтерия. Поэтому приходится идти на компромис: возможные места подключения пользователей прогнозируются на этапе пректирования, а уж если в дальнейшем пользователь сочтет необходимым подключить свой компьютер к сети в непредусмотренном месте... Может, там найдется хотя бы телефонная розетка?