Архитектура построения объединенных коммутируемых сетей

Современные сетевые архитектуры с концентраторами и маршрутизаторами разделяемых носителей непрерывно развиваются, предлагая новые технологии и представляя новые мощные возможности. Сетевым администраторам необходимо развертывать масштабируемые, гибкие сети, которые соответствовали бы растущим запросам по полосе пропускания, устойчивости и управляемости, при этом капиталовложения на модернизацию инфраструктуры существующих сетей должны быть сведены к минимуму. Под влиянием этих требований индустрия сетевого оборудования развивается в направлении новой сетевой архитектуры - архитектуры коммутируемых сетей.

Коммутируемые объединенные сети (internetwork - совокупность сетей, которые соединены друг с другом маршрутизаторами и другими устройствами и функционируют как единое целое) вводят устройства коммутации в существующие сети с разделяемыми носителями, чтобы одновременно использовать преимущества и маршрутизации, и коммутации. Для расширения полосы пропускания и снижения перегрузки в имеющихся концентраторах с разделяемыми носителями в аппаратные шкафы дополнительно устанавливаются коммутаторы ЛВС. Одновременно с этим внедряются новые магистральные технологии, такие как АТМ-коммутаторы и маршрутизаторы, которые предлагают значительно более широкую полосу пропускания, необходимую для передачи данных с высокой пропускной способностью.

Обеспечение слаженной интеграции этого множества устройств - “краеугольный камень” сложной инфраструктуры ПО межсетевого взаимодействия. Обеспечивая взаимодействие между платформами и устройствами, эта инфраструктура также предоставляет пользователям новые виды обслуживания и возможности, например, возможность организации виртуальных ЛВС, поддержка мультимедиа и мощные средства управления сетью. Параллельно с возрастанием функциональных возможностей сети также растет и потребность в средствах всестороннего, удобного в работе административного управления сетевыми устройствами.

Эти три элемента - функционально совместимые платформы, программное обеспечение и средства управления - являются важнейшими компонентами успешного плана интеграции. Гарантированная функциональная совместимость наряду с промышленным стандартом, на основе которых строится ПО межсетевого взаимодействия, предлагают сетевым администраторам способ гибкой интеграции, предоставляющий преимущества передовых технологий и одновременно сводящий к минимуму нарушения работоспособности сети при ее модернизации. Теперь, если возникнет потребность в большей полосе пропускания или в более широких возможностях управления, перевести на коммутацию можно или всю сеть, или ее сегменты.

Стимулы для осуществления изменений

В настоящее время большинство сетевых проектировщиков начинают встраивать устройства коммутации в имеющиеся сети с разделяемыми носителями для достижения следующих целей:

• Расширение доступной для каждого пользователя полосы пропускания, облегчающее борьбу с перегрузками в сетях с разделяемыми носителями. Скорости процессоров растут по экспоненте; появляются прикладных программы и файлы, которым требуется большая полоса пропускания; постоянно растет число пользователей. Поэтому необходимо, чтобы в существующих сетях с разделяемыми носителями была обеспечена полоса пропускания, достаточная для каждого сетевого пользователя или устройства.
• Обеспечение управления виртуальными ЛВС за счет объединения сетевых пользователей в логические рабочие группы, независимые от физической топологии концентраторов, размещаемых в аппаратных шкафах, для снижения расходов, связанных с изменением состава групп пользователей, и для повышения гибкости сети.
• Внедрение новейших мультимедиа-приложений на основе различных платформ и технологий коммутации, за счет чего они станут доступны для самых разных пользователей.
• Обеспечение возможности плавного перехода к высокопроизводительным технологиям коммутации, таким как АТМ.

Пользователи разделяемых ЛВС коллективно используют полосу пропускания и соперничают друг с другом в доступе к ней. Поскольку отдельные пользователи используют все большие участки полосы пропускания, то все меньшая ее часть доступна остальным пользователям ЛВС. Когда ширина запрошенного участка полосы пропускания превысит доступную величину, пользователи будут вынуждены ждать, что приведет к задержкам передачи трафика и выполнения вычислительных процессов. В результате число пользователей, которые могут работать в ЛВС, ограничивается их же запросами к полосе пропускания.

Сегментация ЛВС с разделяемыми носителями дает возможность сгруппировать пользователей по двум или более сегментам ЛВС, при этом сокращается число пользователей, конкурирующих за обладание полосой пропускания. Построенная на этом принципе технология коммутации ЛВС применяет микросегментацию , которая дробит ЛВС на еще большее число групп пользователей, вплоть до тех пор, пока в группе не останется один пользователь, которому будет принадлежать отдельный выделенный сегмент ЛВС.

Сегменты соединяются друг с другом устройствами межсетевого взаимодействия, которые позволяют осуществлять связь между ЛВС и одновременно блокировать другие виды трафика. Коммутаторы обладают интеллектом для мониторинга трафика и сбора таблиц адресов; этот интеллект позволяет пересылать пакеты напрямую в конкретные порты в пределах ЛВС. Также коммутаторы обеспечивают пересылку пакетов без блокировок, за счет чего становится возможным реализовать одновременно несколько потоков обмена данными. Технология коммутации, позволяющая быстро передавать данные прямо по назначению (в отличие от концентраторов и повторителей) и поддерживать присущие передовым технологиям повышенные скорости и расширенную полосу пропускания, быстро становятся предпочтительным решением для улучшения обмена данными в ЛВС.

Решения для коммутируемых объединенных сетей

Проектировщики сетей столкнулись с тем, что многие продукты, предлагаемые для коммутируемых объединенных сетей, не соответствуют своему назначению. Некоторые предлагают ограниченное число аппаратных платформ и незначительную системную интеграцию с имеющейся инфраструктурой; иногда интеграция вовсе не обеспечивается. Другие решения предусматривают полный отказ от капиталовложений, уже сделанных в имеющуюся сетевую инфраструктуру. Успешное решение по внедрению коммутируемых объединенных сетей должно удовлетворять следующим требованиям:

• Расширение доступной полосы пропускания при сохранении стратегических капиталовложений в имеющуюся коммуникационную инфраструктуру.
• Снижение расходов на управление работой сети.
• Встроенная поддержка мультимедиа-приложений и других типов трафика, требующих значительных ресурсов, на всем пути между конечными пользователями и на различных платформах.
• Возможность масштабирования, административного управления трафиком и обеспечения безопасности, которые должны быть по крайней мере не хуже, чем в сегодняшних объединенных сетях, основанных на использовании маршрутизаторов.

Чтобы воспользоваться этими преимуществами, необходимо уяснить, какую роль играет программная инфраструктура межсетевого взаимодействия в коммутируемых объединенных сетях. В современных сетях маршрутизаторы обеспечивают соединения между локальными и территориальными сетями, построенными по различным технологиям, и одновременно применяют логические устройства защиты и фильтры, предотвращающие широковещательные передачи данных. Именно эти возможности позволяют масштабировать имеющиеся объединенные сети и при этом поддерживать их устойчивость и живучесть.

Так как тенденцией развития сетей является переход на коммутируемые объединенные сети, то для их устойчивости и масштабирования потребуются соответствующие логические возможности межсетевого взаимодействия. Коммутаторы ЛВС и АТМ не только позволяют значительно повысить производительность, но также обусловливают и новые требования к межсетевому взаимодействию. Коммутируемые объединенные сети должны быть функционально совместимы с имеющимися ЛВС и территориальными сетями. Такие виды сетевого сервиса, как возможность организации виртуальных ЛВС, которые будут реализованы в коммутируемых объединенных сетях, также предъявляют требования к межсетевому взаимодействию.

Следовательно, в действительности коммутируемая объединенная сеть - это больше, чем набор устройств. Она состоит из системы устройств, объединенных и поддерживаемых инфраструктурой интеллектуального ПО межсетевого взаимодействия. В настоящее время вся эта сетевая интеллектуальная мощь сосредоточена в маршрутизаторах. Однако с появлением коммутируемых объединенных сетей эта интеллектуальная мощь будет рассредоточена по всей сети, отражая тем самым децентрализованную природу систем коммутации. Как бы то ни было, потребность в инфраструктуре межсетевого взаимодействия сохранится.

Поэтому успешное решение по межсетевому взаимодействию на основе коммутации должно сочетать в себе преимущества как маршрутизаторов, так и коммутаторов в каждом участке сети, а также предлагать гибкий путь перехода от сетей с разделяемым носителем к коммутируемым объединенным сетям.

CiscoFusion: стратегия коммутируемых объединенных сетей

Для объединения свойств маршрутизации и коммутации в коммутируемых объединенных сетях фирма Cisco разработала архитектуру CiscoFusion. Проект CiscoFusion по внедрению коммутируемых объединенных сетей определяет гибкую, по-фазовую интеграцию устройств коммутации в сети с разделяемым носителем, при которой коммутация ЛВС будет проводиться в аппаратном шкафу, а АТМ-коммутация и маршрутизация будут осуществляться в магистрали. Инфраструктура межсетевого взаимодействия, необходимая для обеспечения таких сетевых услуг, как организация виртуальных ЛВС и поддержка мультимедиа внутри сетей, распределяется по всем эти платформам для обеспечения масштабируемости и живучести.

В частности, архитектура CiscoFusion подразумевает использование многоуровневых коммутаторов ЛВС, которые внедряют распределенную архитектуру маршрутизации, отделяя функцию вычисления маршрута, свойственную современным маршрутизаторам, от коммутации на уровне 3.

Применение архитектуры CiscoFusion выгодно проектировщикам сетей потому, что они смогут использовать в любом сегменте имеющейся объединенной сети любую комбинацию коммутаторов - и уровня 2, и многоуровневых; увеличивать приращениями полосу пропускания до требуемой величины; обеспечить интеллектуальный контроль трафика и управление.

Элементы модели взаимодействия коммутируемых сетей

Коммутируемая объединенная сеть состоит из трех фундаментальных элементов: коммутирующих платформ; общей программной инфраструктуры; средств сетевого управления и приложений.

Для поддержки гибкого перехода к взаимодействию коммутируемых сетей фирма Cisco предлагает обширное семейство масштабируемых коммутирующих платформ, в число которых входят коммутаторы ЛВС, коммутаторы АТМ и многопротокольные маршрутизаторы. Общим элементом для всего этого разнообразия платформ является ПО коммутации Cisco Internetwork Operating System (Cisco IOS) - подмножество Cisco IOS, оптимизированное для коммутации. Эта программная инфраструктура осуществляет мониторинг логической топологии сети, логически маршрутизирует и регулирует трафик, чувствительным к задержкам, управляет им, а также обеспечивает программные устройства защиты, шлюзы, фильтрацию и трансляцию протоколов. Так как процессы в объединенной сети требуют исключительной нагрузки на ЦПУ, CiscoFusion гарантирует, что эти функции будут выполняться отдельно от процесса коммутации, чувствительного к задержкам.

Поскольку коммутация реализуется во всей сети, то управление сетью приобретает решающую роль как на уровне рабочих групп, так и на уровне магистрали. Для сокращения расходов на административное управление и его упрощения фирма Cisco предлагает широкий спектр приложений контроля работы сети: программы пакета CiscoWorks разработаны для мониторинга, настройки конфигурации, планирования и анализа устройств и услуг коммутируемой объединенной сети. Эти три компонента - коммутирующие платформы, программное обеспечение и средства административного управления сетью - предоставляют пользователю законченное решение по построению масштабируемых, устойчиво работающих коммутируемых объединенных сетей и по управлению ими при обмене информацией между конечными пользователями.

Масштабируемые платформы коммутации

Первый уровень элементов в модели коммутируемого межсетевого взаимодействия CiscoFusion охватывает платформы физической коммутации. Cisco предлагает широкий спектр коммутирующих платформ, оптимизированных для разнообразных вариантов применения - от рабочих групп до магистрали кампуса. На основе комбинирования ЛВС-коммутаторов Catalyst ? , АТМ-коммутаторов LightStream и маршрутизаторов Cisco можно разработать разнообразные решения, обеспечивающие гибкий переход от сегодняшних сетей на основе концентраторов и маршрутизаторов к архитектуре коммутируемого межсетевого взаимодействия.

Коммутаторы семейства Catalyst фирмы Cisco: Коммутаторы ЛВС для установки в аппаратном шкафу. Семейство Catalyst фирмы Cisco - это коммутаторы ЛВС и многоуровневые коммутаторы для применения в рабочих группах и отделах. ЛВС-коммутаторы семейства Catalyst, работающие по стандарту “plug-and-play”, предназначены для применения в рабочих группах и обеспечивают масштабирование, наращивание в стек и высокую производительность. В них предусмотрены недорогие высокопроизводительные интерфейсы Fast Ethernet и АТМ. Коммутаторы семейства Catalyst - это многоуровневая коммутирующая платформа для ЛВС, которая предлагает высокую степень масштабируемости для применения в аппаратном шкафу и обеспечивает коммутацию выделенных линий Ethernet 10 Мбит/с и 100 Мбит/с наряду с возможностью подключения к АТМ. В будущем будет реализована поддержка коммутации для таких носителей, как Token Ring и FDDI.

Семейство LightStream: Коммутаторы АТМ для рабочих групп и корпоративной сети. АТМ-коммутаторы семейства LightStream для рабочих групп и корпоративных сетей могут интегрировать АТМ в магистраль корпоративной сети, а также объединять АТМ-сети отделов корпорации.

Коммутаторы LightStream 100 осуществляют передачу данных по технологии АТМ непосредственно на конечные станции в рабочих группах и в АТМ-сети отделов корпорации. LightStream 100 предлагает максимальную пропускную способность 2.4 Гбит/с без блокировок, что позволяет выполнять многоабонентскую и широковещательную доставку с полной пропускной способностью. LightStream 100 поддерживает до 16 портов АТМ и интерфейсы SONET/SDH по одно- и многомодовому оптоволоконному кабелю, интерфейсы UTP-5 и DS3/E3, а также сложное управление трафиком АТМ и обмен управляющими АТМ-сигналами.

АТМ-коммутатор для корпоративной сети LightStream 2020 предназначен для применения в магистрали АТМ и предлагает широкий спектр интерфейсов и услуг для построения магистральной корпоративной сети, в том числе ATM, FDDI, Ethernet и Frame Relay. В своем классе АТМ-коммутаторов LightStream 2020 имеет самые лучшие характеристики доступности, избыточности, надежности, управления трафиком и контроля перегрузок.

Семейство Cisco Router: АТМ-маршрутизаторы старшего звена и АТМ-маршрутизаторы доступа .

Фирма Cisco предлагает решения по межсетевому взаимодействию, которые соответствуют самому высокому уровню отраслевых стандартов и обеспечивают исключительные производительность, масштабируемость и устойчивость. Многопротокольные маршрутизаторы старшего звена семейства Cisco 7000 и маршрутизаторы доступа семейства Cisco 4000 особенно хорошо подходят для взаимодействия коммутируемых сетей. В частности, АТМ-интерфейс маршрутизатора - ATM Interface Processor (AIP) для маршрутизаторов семейства Cisco 7000 - это ключ к интеграции существующих локальных и территориальных сетей с развивающимися коммутируемыми объединенными сетями на основе АТМ. Группы АТМ-маршрутизаторов с процессорами AIP образуют магистраль из нескольких коммутируемых объединенных сетей.

AIP выполняет сложные функции управления трафиком и обмена АТМ-сигналами, что позволяет ему играть важную роль в реализации новых сетевых услуг, таких как организация ВЛВС. AIP - ключевое средство для внедрения коммутируемых объединенных сетей - позволяет виртуальным ЛВС взаимодействовать как друг с другом, так и с внешними сетями. Многопротокольные маршрутизаторы семейства Cisco 4000 также поддерживают эти возможности, что позволяет предложить широкий выбор маршрутизаторов, способных работать в сетях АТМ, в различных категориях цены/производительности.

Cisco IOS для коммутации

Cisco IOS для коммутации - подмножество ПО Cisco IOS - играет важную роль в интеграции технологий коммутации в среде ЛВС и АТМ с высокоуровневыми протоколами и приложениями. Cisco IOS аналогична таким хорошо известными сетевым операционным системам, как Novell NetWare и Microsoft Windows. Один и тот же тип базового ПО управления работой сети функционирует на различных сетевых платформах, обеспечивая ровную передачу данных прикладных программ через сетевые устройства.

Cisco IOS, которая стала отраслевым стандартом для сторонних разработчиков ПО и поставщиков услуг межсетевого взаимодействия, реализуется в отдельных маршрутизаторах, модулях маршрутизаторов, встраиваемых в концентраторы с разделяемым носителем, файл-серверах, обслуживающих ПК и рабочие станции, в коммутаторах доступа к многосервисным региональным сетям, коммутаторах ЛВС, коммутаторах АТМ и в учрежденческих АТС, рассчитанных на работу с АТМ. Cisco IOS для коммутации обеспечит в коммутируемых объединенных сетях все достоинства маршрутизации и коммутации, а также такие новые возможности, как организация виртуальных ЛВС, программные услуги по межсетевому взаимодействию в среде АТМ, многоуровневая коммутация, поддержка выполнения новых мультимедиа-приложений в сети, а также средства управления трафиком и его анализа.

Виртуальные ЛВС

В современных сетях существует тесная связь между физической инфраструктурой сети (концентраторами и маршрутизаторами с разделяемым носителем) и логической инфраструктурой (подсети IP или IPX). Это обусловлено тем, что место физического расположения устройства, как правило, определяет физический сегмент ЛВС, к которому это устройство может быть подключено: пользователи, физически находящиеся рядом, должны располагаться в одной и той же ЛВС. Это было приемлемо в прошлом, когда информационные потоки организации в общем отражали действительные, физически рядом расположенные рабочие группы.

Сегодня же, когда организации упрощают свои иерархические структуры и сокращают их дробление, информационные потоки по большей части определяются группами пользователей. Информационные потоки таких групп охватывают всю корпорацию, независимо от места расположения конкретного сотрудника. В таких динамических средах стоимость изменения состава групп пользователей в сети может быть очень велика, потому что такие изменения обычно требуют физической переконфигурации в аппаратных шкафах.

Возможность легко и оперативно организовывать виртуальные сети, которые позволяют разделить логическую и физическую инфраструктуры, позволяет сетевым администраторам менять конфигурацию виртуальных ЛВС, контролировать прохождение информации и изменять состав групп пользователей. Другими словами, виртуальные ЛВС позволяют сетевым администраторам адаптировать сеть под информационные потоки в организации, вместо того, чтобы “привязывать” организацию к имеющейся физической сети, как они вынуждены делать это сегодня. Применение виртуальных ЛВС также ведет к значительной экономии расходов на административное управление.

Недавно проведенное исследовательской организацией Gartner Group исследование показало, что стоимость сетевого административного управления значительно превосходит другие расходы по содержанию сетей и что расходы по изменению состава групп пользователей составляют значительную долю расходов по содержанию сети. Компании с динамичными информационными потоками и интенсивным сетевым административным управлением вынуждены искать простые, экономичные средства для уменьшения трудоемкости и стоимости таких изменений. Использование виртуальных ЛВС позволяет организовать сети на основе естественных рабочих групп, а не привязывать их к аппаратным шкафам.

Виртуальные ЛВС, наряду с эффективными средствами и приложениями сетевого управления, позволяют администратору логически изменять конфигурацию с центральной консоли управления, а не изменять конфигурацию физически.

Сегодня внедрение виртуальных ЛВС в пределах всей корпорации затруднено из-за того, что многие производители используют свои собственные, оригинальные схемные разработки, которые часто можно применять только для определенных типов носителей. Вариант внедрения виртуальных ЛВС, предложенный фирмой Cisco, связывает друг с другом концентраторы с разделяемым носителем, маршрутизаторы и коммутаторы ЛВС и АТМ, используя основанные на стандартах протоколы для развертывания виртуальных ЛВС в масштабе всего кампуса и сетевой инфраструктуры. Cisco IOS для коммутации поддерживает различные протоколы для внедрения виртуальных ЛВС как в сегменты ЛВС на разделяемых и выделенных линиях, так и в сети АТМ. Управление и автоматизированная регистрация адресов в виртуальных ЛВС будут способствовать распространению виртуальных ЛВС.

Решение фирмы Cisco, основанное на автоматизированной регистрации адресов и на использовании графического пользовательского интерфейса, позволяет управлять виртуальными ЛВС и изменять их конфигурацию по методу “drag-and-drop”, что освобождает сетевого администратора от трудоемкой задачи каждый раз вручную изменять конфигурацию при вводе нового пользователя в сеть.

ПО межсетевого взаимодействия в среде АТМ

Поскольку АТМ-коммутаторы облегчают внедрение высокопроизводительных магистралей АТМ, интеграция АТМ-коммутации в масштабируемые коммутируемые объединенные сети требует сложной программной инфраструктуры межсетевого взаимодействия. Такая программная инфраструктура необходима для построения сетей АТМ со множеством отдельных АТМ-коммутаторов, коммутаторов ЛВС и АТМ-маршрутизаторов, а также для того, чтобы осуществлять подключения из локальных и территориальных сетей к сети АТМ. ПО межсетевого взаимодействия с АТМ - важная составная часть CiscoFusion, оно объединяет коммутирующие платформы Cisco в масштабируемую коммутируемую объединенную сеть, способную поддерживать новые типы сетевого сервиса.

В связи с тем, что сетевая технология АТМ ориентирована на установление соединений, программные возможности АТМ обеспечивают интерфейс “пользователь-сеть” (UNI), посредством которого осуществляется адресация и выдача управляющих сигналов, необходимые для установления коммутируемых виртуальных соединений и их разрыва в сети АТМ. При помощи интерфейса связи между частными сетями и узлом (PNNI) происходит распознавание топологии и вычисление маршрута от источника на основе параметров канала. Фирма Cisco разработала спецификацию Временного протокола обмена сигналами взаимодействия между коммутаторами (IISP) - первого стандартного протокола, определяющего обмен сигналами взаимодействия коммутаторов сетей АТМ по интерфейсу NNI. Технология АТМ также позволяет проводить эмуляцию существующих локальных сетей в среде АТМ (LANE) по стандарту, который был разработан под руководством фирмы Cisco и утвержден консорциумом АTM Forum.

При обмене информацией по сетям АТМ протоколы LANE эмулируют и устанавливают мостовые соединения для сетей двух наиболее популярных протоколов доступа к среде передачи (Ethernet и Token Ring). Для установления прямых соединений между оконечными системами через АТМ протоколы LANE могут поддерживаться как оборудованием межсетевого взаимодействия (коммутаторами и маршрутизаторами ЛВС), так и сетевыми адаптерами (NIC). ПО Cisco IOS для коммутации использует протоколы LANE для обслуживания виртуальных ЛВС при помощи коммутаторов ЛВС, подключенных к АТМ-коммутаторам.

Маршрутизаторы АТМ фирмы Cisco поддерживают протоколы LANE для обеспечения соединений между несколькими виртуальными ЛВС в структуре АТМ, облегчая их масштабирование. Различные сервисные компоненты протоколов LANE, сервер LANE и сервер конфигурации LANE на первом этапе будут встраиваться в маршрутизаторы Cisco, а затем будут реализованы в различных системах коммутации. Протоколы LANE будут применяться для реализации первого поколения виртуальных ЛВС в коммутируемых объединенных сетях.

Другой метод выполнения протоколов ЛВС в сетях АТМ состоит в преобразовании протоколов сетевого уровня для работы в сетях АТМ в режиме, свойственном для ЛВС. Рабочая группа инженеров Internet (IETF) опубликовала спецификацию RFC 1557, определяющую, как классические протоколы IP и ARP должны выполняться в сетях АТМ, и продукты фирмы Cisco также поддерживают эти протоколы. Эти протоколы важны потому, что при выполнении мультимедиа-приложений в сетях АТМ они позволят протоколам высокого уровня использовать гарантии качества обслуживания (QoS). В случае виртуальных ЛВС, ориентированных на применение протоколов LANE, сделать это гораздо труднее. После того, как в консорциуме Frame Relay была сформирована группа Subworking, фирма Cisco возглавляет группу, которая работает над разработкой стандарта Multiprotocol over ATM (MPOA). Эта группа сформирует основу следующего поколения виртуальных ЛВС, построенных на многоуровневых коммутаторах.

Многоуровневая коммутация

На первом этапе виртуальным ЛВС, которые будут строиться на основе протоколов LANE и коммутаторов ЛВС, работающих на уровне 2, потребуются АТМ-маршрутизаторы для соединения нескольких виртуальных ЛВС друг с другом. Являясь системой мостовых соединений, LANE не может поддерживать мультимедиа-приложения, а также “естественные” протоколы.

Применение многоуровневых ЛВС-коммутаторов нового поколения внутри аппаратных шкафов и коммутация на уровнях 2 и 3 способствуют лучшей масштабируемости коммутируемых объединенных сетей и позволяют осуществлять в коммутаторе соединения между виртуальными ЛВС и поддерживать “естественные” протоколы для выполнения мультимедиа-приложений. Для совершенствования коммутаторов, работающих на уровне 3, CiscoFusion отделит дорогую, связанную со значительной вычислительной нагрузкой функцию обработки маршрутов от собственно коммутации. Функция обработки маршрутов будет централизована в нескольких процессорах вычисления маршрутов, а коммутация будет осуществляться многоуровневыми коммутаторами в аппаратных шкафах.

ПО Cisco IOS для коммутации, работающее в процессорах вычисления маршрутов, будет распознавать сетевую топологию, вычислять таблицы маршрутизации и передавать соответствующую информацию о маршруте в многоуровневые коммутаторы. Многоуровневые коммутаторы запомнят информацию 3-го уровня в кэш-памяти и, когда возникнет необходимость переслать пакеты в локальный пункт назначения, просто будут сверяться с данными о соответствующем пути, что позволит избежать пересылки пакетов через маршрутизатор для вычисления маршрута. Функция обработки маршрутов будет присутствовать во многих коммутирующих платформах компании Cisco, в том числе в маршрутизаторах и в коммутаторах АТМ. В настоящее время Cisco в составе группы МРОА консорциума ATM Forum разрабатывает стандарты протокола загрузки маршрутов из процессоров маршрутов в многоуровневые коммутаторы.

Полностью отделяя процессы коммутации от маршрутизации, архитектура CiscoFusion позволяет использовать преимущества этих двух технологий в каждой части коммутируемой объединенной сети. Фирма Cisco впервые реализовала такое разделение в своих маршрутизаторах. Разделение этих функций позволяет создавать сетевые устройства, на основе которых можно построить архитектуру коммутируемой объединенной сети, отличающуюся хорошим масштабированием, оптимальной производительностью и управляемостью соединений между виртуальными ЛВС.

Выполнение в сети приложений мультимедиа

Cisco IOS обеспечивает одновременное выполнение приложений мультимедиа в сети: передачу текста, голоса, изображений и видео в реальном масштабе времени. Такие сетевые услуги предусматривают предоставление гарантий QoS на всем пути между конечными пользователями, а также возможность эффективной многоабонентской доставки пакетов, что является основным для всех мультимедиа-приложений. Сетевые мультимедиа-услуги будут встроены в протоколы, работающие на уровне 3 (такие, как IP), для реализации переносимых мультимедиа-приложений. В то же время в ЛВС-коммутаторы и маршрутизаторы фирмы Cisco будут встроены механизмы обработки пакетов для поддержки таких протоколов. В продуктах будут реализованы совершенные алгоритмы планирования и задания приоритетов для сокращения задержек и сведения к минимуму дрожания, этих двух факторов, которые могут ухудшить качество обслуживания приложений мультимедиа, выполняемых в сети в режиме реального времени (например, конференц-связи настольных систем). В голосовых соединениях, например, задержки при передаче пакетов вызывают раздражающие щелчки и помехи.

Алгоритм управления очередью позволяет идентифицировать в сети разные типы сетевого трафика и назначать им соответствующие взвешенные приоритеты маршрутизации для минимизации времени ожидания, вызванного сетевыми задержками. Фирма Cisco в сотрудничестве с IETF и ведущими разработчиками мультимедиа-приложений работает над созданием протокола резервирования ресурса (RSVP). RSVP - это протокол межсетевого соединения конечных пользователей, который позволит приложениям динамически резервировать за собой необходимые им ресурсы для различных классов обслуживания при использовании нескольких протоколов сетевого уровня.

ПО Cisco IOS впервые в отрасли поддерживает многоабонентскую IP-доставку пакетов на платформах как маршрутизации, так и коммутации. При многоабонентской доставке по протоколу IP посылающее устройство передает пакет, адресованный всем заданным получателям, и сеть будет дублировать этот пакет только при необходимости. Такой подход гораздо эффективнее других традиционных способов. Компания Cisco совместно с IETF разработала протокол маршрутизации (PIM) для независимой от протоколов масштабируемой многоабонентской доставки. В настоящее время Cisco IOS поддерживает PIM, чтобы сетевые устройства могли строить эффективные древовидные схемы для многоабонентской доставки пакетов. Используя мультимедиа-услуги, встроенные в коммутирующие платформы Cisco, и основываясь на развивающихся видах обслуживания виртуальных ЛВС, таких как протоколы MPOA, фирма Cisco позволяет совершенствовать и внедрять мультимедиа-приложения в коммутируемых объединенных сетях.

Управление трафиком и его анализ

Cisco IOS для коммутации также предоставляет интегрированный набор механизмов контроля трафика, управления буферами и упреждающих операций по недопущению перегрузки. Наличие механизмов управления трафиком - важное условие построения масштабируемых коммутируемых объединенных сетей. Без хороших механизмов управления трафиком могут происходить чрезмерные потери ячеек и пакетов в коммутируемой объединенной сети и даже наступить ее паралич из-за повторных пересылок пакетов. Для контроля перегрузок и сведения к минимуму потерь в трафике коммутируемых объединенных сетей фирма Cisco в своих продуктах предлагает функции слежения за соблюдением заданных параметров трафика и соответствующего управления.

Так, модуль AIP позволяет администраторам задавать параметры шаблона трафика для каждого виртуального канала, так что потеря ячеек при пересылках может быть сведена к минимуму. Эту функцию можно применять во входном коммутаторе АТМ для управления перегрузками или для того, чтобы обеспечить соответствие условиям контракта на трафик, заключенного с поставщиком телекоммуникационных услуг.

Фирма Cisco в своих коммутаторах для ЛВС и АТМ также предлагает сетевую буферизацию, чтобы свести к минимуму потерю пакетов и ячеек. Авторитетная компания LANQuest, проводящая независимые экспертизы, признала, что коммутатор АТМ LightStream 100 фирмы Cisco при передаче пакетно-монопольного трафика в сети с архитектурой клиент/сервер имеет самую лучшую производительность в своем классе. LightStream 2020 обеспечивает более высокую степень буферизации, чем другие коммутаторы корпоративной сети, и является лидером в применении механизмов управления перегрузкой на основе регулирования скорости передачи в сетях с большим числом коммутаторов.

Механизмы управления трафиком должны быть дополнены функциями всестороннего мониторинга трафика и его анализа. Cisco IOS для коммутации осуществляет мониторинг и анализ трафика при помощи встроенной функции удаленного мониторинга (RMON). RMON играет важную роль во взаимодействии коммутируемых сетей, поскольку позволяет справиться с одним из неожиданных следствий внедрения ЛВС-коммутаторов в сеть: из-за того, что коммутаторы действуют наподобие фильтров, они могут не позволить сетевым администраторам проводить мониторинг трафика в разных сегментах сети.

Управление коммутируемой объединенной сетью

Управление сетью функционирует на верхнем уровне модели взаимодействия коммутируемых сетей фирмы Cisco: оно позволяет просматривать, замерять параметры, управлять и контролировать все сегменты коммутируемой объединенной сети. Управление сетью, построенной на базе коммутаторов, требует совершенно иного подхода, нежели управление традиционными ЛВС, построенными на основе концентраторов и маршрутизаторов. Фирма Cisco, разработав мощный комплект средств всестороннего управления современными объединенными сетями CiscoWorks, теперь предлагает инструменты для управления виртуальными ЛВС, мониторинга трафика, анализа производительности, а также управления устройствами в коммутируемых объединенных сетях.

VLANView - это интуитивно понятное приложение, реализующее метод “drag-and-drop”, которое позволяет администраторам настраивать конфигурацию своих сетей на основе логических групп пользователей, а не в зависимости от их физического места работы; эта программа также позволяет отображать на экране монитора физический вид каждого работающего в сети устройства Cisco и назначать для каждого порта пользователей-членов виртуальных групп. Администраторы также могут получать отчеты о топологии каждой виртуальной ЛВС в пределах своей сети и распечатывать отчеты, в которых перечисляется назначение коммутаторов и их физических портов.

TrafficView - это прикладная программа мониторинга и анализа трафика, действие которой основано на агентах RMON, встроенных в ЛВС-коммутаторы фирмы Cisco. TrafficView дает возможность администраторам изолировать выбранные участки их сетей для поиска и устранения неполадок, вызванных нарушением работы протоколов, а также анализировать непредвиденный рост нагрузки. С помощью средств графического отображения, генерации отчетов и учета использования ресурсов можно оперативно перехватывать данные сети для анализа, прослеживания и устранения неполадок, связанных с нарушением работы протоколов, а также контролировать рост нагрузки сети и использование ее ресурсов.

CiscoView - это прикладная программа управления устройствами и их мониторинга на основе графического пользовательского интерфейса, которая позволяет администратору просматривать физическое состояние устройства и всех его интерфейсов, выполнять настройку конфигурации и проводить мониторинг производительности, а также сводить к минимуму усилия при поиске и устранении неполадок с консоли управления. CiscoView отображает на мониторе внешний вид устройства, включая все установленные в нем модули и интерфейсы, и в реальном масштабе времени следит за индикаторами состояния для быстрой локализации неполадок.

Администраторы имеют возможность отобразить на экране монитора все устройства своей сети, а также данные о количестве и типах интерфейсов. Кроме визуального отображения состояния администратор имеет возможность, поставив указатель мыши на нужный элемент на экране монитора и щелкнув на нем клавишей манипулятора, получить доступ к статистическим данным, средствам мониторинга и простым функциям управления конфигурацией. По мере развития коммутируемых объединенных сетей фирма Cisco будет совершенствовать и внедрять новые средства сетевого управления, специально разработанные для коммутируемых объединенных сетей.

Коммутируемые объединенные сети: фазы развития

Проект CiscoFusion позволяет проектировщикам сетей развивать инфраструктуры своих сетей: от сетей с разделяемым носителем переходить к коммутируемым объединенным сетям по фазам - от аппаратного шкафа до центра обработки данных и магистрали кампуса, причем с темпами, которые диктуются их бюджетом и сетевыми потребностями, одновременно сводя к минимуму нарушения в работе сети. Типичный путь перехода к архитектуре коммутируемой объединенной сети состоит из четырех фаз.

Четыре фазы перехода от сетей с разделяемым носителем к взаимодействию коммутируемых сетей:

• Фаза 1 - дробление на микросегменты. Компании сохраняют все свои концентраторы и маршрутизаторы, но для повышения производительности вводится ЛВС-коммутатор.

• Фаза 2 - между коммутаторами вводится технология АТМ и маршрутизация. ЛВС-коммутаторы осуществляют коммутацию и обеспечивают выделенную полосу пропускания к настольным системам и к концентраторам с разделяемым носителем. АТМ-коммутаторы формируют кластеры из магистральных маршрутизаторов для расширения полосы пропускания магистрали в соответствии с расширенной полосой пропускания аппаратного шкафа.

• Фаза 3 - АТМ-коммутатор старшего звена подключается в аппаратном шкафу непосредственно к ЛВС-коммутаторам и к централизованным или распределенным АТМ-маршрутизаторам. Теперь в центре сетевой магистрали функционирует АТМ, а все другие устройства - на периферии. Интеллект многоуровневых коммутаторов позволяет им локально пересылать пакеты между разными виртуальными ЛВС, или между коммутаторами 2-го уровня, или между их комбинацией.

• Фаза 4 - коммутация между конечными пользователями, внутренняя виртуальная ЛВС и возможность многоуровневой коммутации. Процессоры маршрутов и процессоры коммутации распределены по структуре АТМ.

В настоящее время концентраторы, которые подключают настольные системы каждой рабочей группы к сети, соединяются друг с другом маршрутизатором. Для предотвращения перегрузок в рабочих группах эти концентраторы при помощи ЛВС-коммутаторов будут разбиты на микросегменты. В магистрали переход на технологию FDDI приведет, в свою очередь, к использованию технологии АТМ, которая обеспечивает более высокую совокупную пропускную способность и возможность предоставления выделенных полос пропускания для ЛВС, большие центральные процессоры и большие комплексы из серверов. В аппаратных шкафах для соединения друг с другом ЛВС-коммутаторов, ориентированных на FDDI, станут применяться каналы FDDI.

В центре обработки данных к имеющимся большим маршрутизаторам добавятся большие АТМ-коммутаторы корпоративной сети, которые будут коммутировать трафик между многими сетями и поддерживать ЛВС-коммутаторы, позволяя организовать виртуальные ЛВС на основе протокола LANE. В будущем АТМ может стать преимущественной сетевой технологией, объединяющей локальные и территориальные сети в пределах корпорации.

Заключение

Сегодня компания Cisco предлагает самое совершенное решение по внедрению коммутируемых объединенных сетей. Широкий спектр предлагаемых высокопроизводительных коммутаторов для ЛВС и АТМ, а также АТМ-маршрутизаторов - это строительные блоки, с помощью которых можно связывать между собой все элементы сети независимо от их цены и производительности - от наращиваемых в стек ЛВС-коммутаторов до АТМ-коммутаторов корпоративной сети. Помимо физических устройств, в проект CiscoFusion также включена сложная логическая инфраструктура, необходимая для того, чтобы организовать устройства в масштабируемую устойчиво работающую сеть с улучшенными характеристиками, которая будет способна предложить такие услуги, как мультимедиа и организация виртуальных ЛВС.

Cisco IOS для коммутации сочетает в себе возможность масштабировать сети и обеспечивать устойчивость их работы на основе современного ПО межсетевого взаимодействия и развивающихся высокопроизводительных систем коммутации ЛВС и сетей АТМ. Применяя устройства коммутации фирмы Cisco, администраторы смогут расширять полосу пропускания своих сетей там и тогда, где и когда им это потребуется, при этом им предоставляется универсальная инфраструктура связывания всех элементов в единую управляемую систему.

Источник: blogsvazista.ru/arhitektura-postroeniya-setey/