ЛВС: управляемость, надежность, масштабируемость

Денис Еланский

Значение коммуникационных структур, таких как локальные вычислительные сети, с каждым годом возрастает. Появляются новые технологии, предлагающие все более фантастические возможности;  новое оборудование, построенное на основе этих технологий и реализующее эти возможности. Так же возрастает роль надежной и своевременной обработки информации, что требует высококачественных и скоростных линий связи и обслуживающего оборудования с широкой полосой пропускания. Только та коммуникационная система может считаться современной и актуальной, которая удовлетворяет ограничениям по пропускной способности, надежности/степени защиты от сбоев и отказов и модернизируемости, т.к. не секрет, что в настоящее время оборудование и технологии обновляются примерно раз в два года, и эта частота имеет тенденцию к увеличению.

Как и всякая иная система, вычислительная сеть (далее – ЛВС), имеет некое математическое описание. Наиболее полно физическая структура каналов связи, реализуемых в рамках ЛВС, может быть представлена неориентированным графом. Узлами графа являются узлы коммутации (концентраторы и/или коммутаторы); ребра графа, в свою очередь, описывают линии связи между узлами коммутации. Здесь и далее предполагается рассматривать сети с коммутируемой, а не разделяемой средой передачи данных. Учитывая, что сети с разделяемой средой передачи – сети, построенные на базе концентраторов и/или кабельных сегментов, такие как 10Base2, 10Base5 – малоэффективны и больше не устанавливаются, то автор позволит себе не рассматривать это ответвление технологии построения ЛВС, т.к. оно не отвечает современным требованиям.

Физически ЛВС можно представить как несколько многопортовых коммутаторов, соединенных между собой определенным образом. Учитывая тот факт, что в сети используются исключительно коммутаторы, то ограничение 5-4-3 не является основополагающим. Это позволяет строить сети, в которых было бы значительное количество пользователей, и которые покрывали бы значительные расстояния.

Итак, какие сложности могут возникать при построении и эксплуатации ЛВС?

Неприятностей может быть неограниченное число, но все их можно охарактеризовать как отказ оборудования, недостаточная скорость существующих каналов передачи данных, увеличение числа пользователей.

Отказ оборудования

Как уже говорилось выше, ЛВС представляет собой узлы коммутации и линии передачи данных. Линия передачи – это, как правило, кабельная система; узлы коммутации включают процессор коммутации, блок питания, систему вентиляции, интерфейсные платы. Естественно, что любой из этих элементов может дать сбой либо отказать. На приводимом ниже рисунке показаны коммутаторы, производимые Cisco Systems.

Рисунок 1. Коммутаторы Catalyst 6xxx производства Cisco Systems

Недостаточная скорость

Технология Ethernet предусматривает следующие скорости передачи данных: 10, 100, 1000, 10000 Мб/с. На сегодняшний момент наибольшее распространение имеют ЛВС, работающие на скоростях 10 и 100 мегабит, причем 100-мегабитные сети постепенно вытесняют своих 10-мегабитных предшественников (так произошел переход сначала от кабельных сетей к витопарным, а теперь и от 10- к 100-мегабитным сетям). Однако существуют условия, в которых может не хватать имеющихся возможностей по построению канала высокой пропускной способности. Например, имеющиеся коммутаторы поддерживают скорости до 1000 мегабит, а требуется построить канал в 5 гигабит. Или же на 100-мегабитном коммутаторе необходимо добиться показателей по пропускной способности в 400-600 мегабит. Естественно, резонно было бы просто заменить существующее оборудование на более производительное, но бывают случаи, когда этого нельзя сделать по ряду причин (это может быть невозможно либо с финансовой, либо с технической точки зрения).

Увеличение числа пользователей

Другим неприятным моментом является увеличение числа пользователей. С одной стороны, в проект должна быть заложена возможность потенциального расширения сети (плох тот инженер, результат работы которого не может быть усовершенствован согласно требованиям времени). С другой стороны, при росте количества пользователей (абонентов) в сети, накладные расходы на коммутацию в сети резко возрастают. Эта проблема порождается тем, что каждое устройство, подключенное к сети, периодически отсылает в сеть служебную информацию, которая оповещает остальные сетевые устройства о том, что данное устройство функционирует. Более всего это касается коммутаторов, работающих в основном на канальном уровне согласно OSI-модели, обменивающихся таблицами коммутации.