44860 (663892), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Тем не менее, 10-Мегабитный Ethernet устраивал большинство пользователей на протяжении около 15 лет. Это объясняется тем, что пропускная способность в 10 Мб/с с большим запасом перекрывала потребности клиентских и серверных компьютеров сетей тех лет. До появления персональных компьютеров в локальную сеть объединялись миникомпьютеры, которых на предприятиях было не так уж и много, поэтому подсети включали по 5 - 20 компьютеров. Трафик состоял в основном из алфавитно-цифровых данных, интенсивность которых обычно не превышала нескольких десятков Кбайт в секунду для одного компьютера. Персональные компьютеры, массово появившиеся в середине 80-х, были весьма маломощными, с медленными дисками, и также не создавали проблем для 10-Мегабитных каналов.
Большая избыточность 10-Мегабитных каналов также не очень беспокоила специалистов, так как технология Ethernet была достаточно дешевой, коммуникационное оборудование сети состояло из одного-двух маршрутизаторов, коаксиального кабеля и сетевых адаптеров, стоимость которых была весьма небольшой по сравнению со стоимостью компьютеров, в которые они устанавливались.
Однако в начале 90-х годов начала ощущаться недостаточная пропускная способность каналов Ethernet. Для компьютеров на процессорах Intel 80286 или 80386 с шинами ISA (8 Мбайт/с) или EISA (32 Мбайт/с) пропускная способность сегмента Ethernet составляла 1/8 или 1/32 канала "память - диск", и это хорошо согласовывалось с соотношением объемов локальных данных и внешних данных для компьютера. Теперь же у мощных клиентских станций с процессами Pentium или PentiumPRO и шиной PCI (133 Мбайт/с) эта доля упала до 1/133, что явно недостаточно. Еще больший недостаток в пропускной способности стали ощущать серверы, как на основе RISC-, так и на основе Intel-процессоров. Основным решением в этой области стало использование нескольких сетевых адаптеров, работающих на разные подсети.
В начале 90-х годов наметились сдвиги и в характере передаваемой по сети информации. Наряду с алфавитно-цифровыми данными появились графические, звуковые и видеоданные, хранящиеся в многомегабайтных файлах. Это еще больше усугубило ситуацию, так как теперь даже несколько персональных компьютеров, работающих с мультимедийной информацией, могли перегрузить 10-Мегабитный сегмент сети.
Поэтому многие сегменты 10 Мегабитного Ethernet'а стали перегруженными, реакция серверов в них значительно упала, а частота возникновения коллизий существенно возросла, еще более снижая номинальную пропускную способность.
Самое простое решение - повышение битовой скорости единственного протокола, работающего во всех сегментах сети, как происходило ранее с сетями на основе Ethernet - не является уже рациональным для скоростей больших чем 30 - 40 Мб/с. Это стало ясно после разработки и применения первого высокоскоростного протокола локальных сетей - протокола FDDI, работающего на битовой скорости 100 Мб/с. Стоимость сегментов FDDI оказалась для этого слишком высокой, поэтому протокол FDDI стал применяться в основном только для построения магистралей крупных локальных сетей и подключения централизованных серверов предприятия. Для связи сегментов Ethernet с сегментами FDDI потребовалось применение маршрутизаторов или транслирующих коммутаторов.
Такая схема построения локальной сети, когда в ней существует несколько сегментов (в случае применения коммутаторов) или подсетей (в случае применения маршрутизаторов или умеющих маршрутизировать коммутаторов), в каждом из которых применяется один из двух протоколов в зависимости от той пропускной способности, которая нужна компьютерам, работающих в этой части сети, является прообразом схемы, к которой сегодня стремятся производители сетевого оборудования и сетевые интеграторы.
Более совершенная схема построения локальной сети должна опираться не на две доступные скорости, а на более дробную иерархическую линейку скоростей для компьютеров сети. Тогда можно будет более точно и с меньшими затратами учесть потребности каждой группы компьютеров, объединенных в сегмент, или даже каждого отдельного компьютера. Для согласования скоростей работы каналов между сегментами сети необходимо применять устройства, обрабатывающие трафик с буферизацией пакетов - коммутаторы или маршрутизаторы, но не концентраторы, которые организуют побитную передачу данных из сегмента в сегмент.
1.2.2.Предоставление индивидуального качества обслуживания для различных типов трафика и различных приложений в локальных сетях
Можно пойти и дальше в детализации требований к пропускной способности. В конце концов пропускная способность каналов связи нужна не компьютеру в целом, а отдельным приложениям, которые выполняются на этом компьютере. У файлового сервиса одни требования к пропускной способности, у электронной почты - другие, а у сервиса интерактивных видеоконференций - третьи. Особенно остро эти различия стали ощущаться с начала 90-х годов, когда наряду с традиционным файловым сервисом и сервисом печати в локальных сетях стали использоваться новые виды сервисов, порождающих трафик реального времени, очень чувствительного к задержкам. Типичным представителем такого сервиса является компьютерная телефония. Каждый телефонный разговор двух абонентов порождает в сети трафик, имеющий постоянную битовую скорость, чаще всего 64 Кб/с (рис.1.5), когда источник голосовой информации порождает поток байт с частотой 8 КГц.
Более сложные методы кодирования могут уменьшить интенсивность голосового трафика до 9.6 Кб/с, и даже до 4 - 5 Кб/с.
Независимо от способа кодирования и интенсивности трафика, качество воспроизводимого на приемном конце голоса очень зависит от задержек поступления байт, несущих замеры амплитуды голоса. Вся техника передачи голоса в цифровой форме основана на том, что замеры должны поступать на воспроизводящее устройство через те же интервалы, через которые они производились на приемном устройстве, которое преобразовывало голос в последовательность чисел. Задержка поступления очередного байта более чем на 10 мс может привести к появлениям эффекта эха, большие задержки могут исказить тембр голоса до неузнаваемости или привести к затруднениям в распознавании слов. Компьютерные сети - как локальные, так и глобальные - это сети с коммутацией пакетов, в которых задержки передачи пакетов трудно предсказать. В силу самого способа буферизации пакетов в промежуточных коммутаторах и маршрутизаторах задержки в компьютерных сетях имеют переменный характер, так как пульсирующий характер файлового сервиса, Web-сервиса и многих других популярных компьютерных сервисов создают постоянно меняющуюся загрузку коммутаторов и маршрутизаторов.
Рис. 1.5. Трафик, порождаемый в сети при передаче телефонного разговора
Особенно большие проблемы создает интерактивный обмен голосовыми сообщениями, проще говоря - обычный разговор. При передаче голоса только в одну сторону, например, при воспроизведении заранее записанной музыки, на приемном конце можно поставить буфер, в котором будут накапливаться неравномерно поступающие замеры звука, которые с некоторой задержкой затем будут извлекаться из буфера строго с частотой 8 КГц (рис.1.6).
Рис. 1.6. Сглаживание неравномерности задержек, вносимых сетью
Такой буфер обычно называется устройством эхоподавления и используется в протяженных цифровых телефонных сетях. При интерактивном обмене постоянные значительные задержки, вносимые буфером в разговор, становятся очень неудобными для собеседников - приходится долго ждать ответа, как при разговоре с космонавтами.
Аналогичные требования к передаче своих данных предъявляет и трафик, переносящий видеоизображение. Трафик, требующий, чтобы его данные поступали к приемному узлу через строго определенные промежутки времени, называется синхронным в отличие от асинхронного трафика, мало чувствительного к задержкам его данных. Почти весь трафик традиционных сервисов компьютерных сетей является асинхронным - задержка передачи части файла даже на 200 мс будет мало заметна для пользователя.
Как правило, асинхронный и синхронный виды трафика существенно отличаются и еще в одном важном отношении - чувствительности к потере пакетов. Асинхронный трафик очень чувствителен к таким потерям, так как потеря даже небольшой части файла делает всю операцию передачи файла по сети бессмысленной - файл или его потерянную часть обязательно нужно передавать заново. Потеря же одного замера голоса или одного кадра изображения не очень заметно сказывается на качестве воспроизводимого сигнала, так как инерционный характер физических процессов приводит к тому, что два последовательных замера не очень отличаются друг от друга, поэтому воспроизводящему устройству не составляет труда восстановить, хотя и приблизительно, потерянную информацию.
Использование мультимедийной информации и интерактивных сервисов в компьютерных сетях создало сложную проблему совмещения двух очень разных по требованиям к характеру передачи пакетов через сеть типов данных. Сложности совмещения синхронного и асинхронного трафика в одной сети коммутации пакетов иллюстрирует рисунок 1.7.
Рис. 1.7. Проблема совмещения синхронного и асинхронного трафика в одной сети с коммутацией пакетов
При передаче синхронных данных в обычных пакетах и кадрах локальной сети, такие пакеты будут встречаться во внутренних очередях коммутаторов и маршрутизатров с пакетами обычного асинхронного компьютерного трафика. Если коммутатор или маршрутизатор не делает различий между пакетами синхронного и асинхронного трафика, то задержки могут быть очень большими и очень неравномерными, особенно при загрузке коммуникационного устройства, близкой к его максимальным возможностям обработки пакетов. Естественным выходом из этой ситуации является приоритетная обработка пакетов синхронного трафика - и это очень распространенный прием, применяемый многими производителями коммутаторов, маршрутизаторов, а также разработчиками новых протоколов локальных сетей, например, протокола 100VG-AnyLAN, в котором существует два уровня приоритетов.
Однако, даже при приоритетной обработке пакеты синхронного трафика могут задерживаться в коммуникационных устройствах, так как в них можно реализовать только алгоритмы обработки с относительными приоритетами, а не с абсолютными. Это значит, что если низкоприоритетный пакет уже начал передаваться в сеть, то устройство не может прервать его передачу при приходе в это время высокоприоритетного пакета. Поэтому максимальное время ожидания синхронного пакета всегда равно времени передачи пакета максимальной длины, которую допускает тот или иной протокол или действующая конфигурация сети.
Так, для классического 10-Мегабитного Ethernet'а максимальный размер пакета равен 1526 байт (со всеми служебными полями и преамбулой). Значит, максимальное время его передачи составит 1.2 мс. Это не так много для большинства видов синхронного мультимедийного трафика. Хуже обстоят дела в сетях TokenRing, где кадры могут достигать размера в 16 Кбайт. При скорости в 16 Мб/с это может привести к задержке в 8 мс, уже оказывающей заметное влияние на качество голоса или изображения. Для сетей FDDI с битовой скоростью 100 Мб/с и максимальным размером кадра 4500 байт задержка составит всего 0.36 мс, для сетей Fast Ethernet - 0.12 мс, GigabitEthernet - 0.012 мс, а АТМ при скорости 155 Мб/c и размере ячейки в 53 байта - всего 2.7 мкс.
Однако, этот идеальный случай соответствует полностью свободной в любой момент времени среде передачи данных на выходном порту коммутатора или маршрутизатора. Такая ситуация встречается в локальных сетях не часто, так как микросегментация, когда каждый компьютер связан с сетью своей индивидуальной линией связи, пока еще слишком дорогое удовольствие для применения его во всех сегментах сети. При использовании в сегменте разделяемой среды высокоприоритетный пакет должен ждать не только завершения передачи низкоприоритетного пакета, но и освобождения разделяемой среды, а это составляющая является чисто случайной и с ней бороться можно только уменьшая загрузку сегмента.
Разделяемые среды передачи данных традиционно использовались в локальных сетях для уменьшения стоимости сетевого оборудования. Практически все протоколы локальных сетей - от Ethernet до 100VG-AnyLAN и GigabitEthernet (АТМ не относится к протоколам, разработанным для локальных сетей, эта технология в гораздо большей степени близка к технологиям передачи данных в глобальных сетях) могут работать на разделяемых средах передачи данных.
В разных протоколах локальных сетей реализованы разные методы доступа к разделяемой среде. В некоторых новых протоколах предусмотрен механизм приоритетного предоставления доступа к среде. Обычно, разработчики протокола ограничиваются двумя уровнями приоритетов - один, низкий, для асинхронного трафика, и второй, высокий, для синхронного. Так поступили разработчики протоколов FDDI и 100VG-AnyLAN. В протоколе TokenRing существует 8 уровней приоритетов, а во всех протоколах семейства Ethernet - FastEthernet - GigabitEthernet понятие приоритета кадра отсутствует. Безусловно, приоритетное предоставление доступа к разделяемой среде намного уменьшает задержки доставки пакетов к узлу назначения.
Однако, какой бы метод доступа к разделяемой среде передачи данных не использовался, возможна ситуация, когда несколько узлов с высоким приоритетом будут требовать одновременный доступ к разделяемой среде. Протоколы локальных сетей, даже самые последние, не решают задачу предоставления каких-то гарантий в распределении полосы пропускания общего канала передачи данных между равноприоритетными узлами. И, если все узлы сети будут иметь равные приоритеты, то разделяемая среда по-прежнему будет предоставлять каждому узлу заранее неизвестную часть своей пропускной способности.
Обеспечение для абонентов сети требуемого уровня задержек - это частный случай обеспечения нужного качества обслуживания - QualityofService, QoS. Анализ типов трафика, создаваемого современными приложениями, позволил выделить несколько основных типов, для которых понятие QoS имеет различный смысл и характеризуется различными параметрами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
