Как вырастить сеть небольшого офиса

Елена Покатаева

Начинаем с простейшей конфигурации

Вопрос скорости

10 Мбит/с: концентратор vs коммутатор

Сегментирование сети повышает ее производительность

Если вы решили не мелочиться

Смешанные среды 10/100 Мбит/с

Серверные адаптеры с балансировкой нагрузки

Различия в применении Ethernet и Fast Ethernet

Особенности оборудования

У всех в этой жизни свои проблемы: и у небольшого офиса могут быть большие трудности с созданием компьютерной сети, если среди сотрудников нет соответствующего специалиста. То, что несколько компьютеров, имеющихся в организации, надо соединять в сеть, уже ни у кого не вызывает сомнений: руководитель должен иметь доступ к данным бухгалтерии, текущий прайс-лист должен быть доступен всем работающим с этой информацией, и, наконец, каждый пользователь желает получать электронную почту на свой компьютер, а выход в Internet, как правило, осуществляется через один IP-адрес на одном компьютере.

Если уж реалии современного бизнеса таковы, что необходимости установки сети избежать не удастся, нужно свести к минимуму сопутствующую «головную боль». Для этого прежде всего надо определить, что хочется получить в результате. В данном контексте уместно вспомнить такое модное слово, как «масштабируемость», которое означает всего-навсего возможность будущего развития (увеличения числа рабочих мест, производительности, функциональных возможностей) сети.

Действительно, если раньше сеть была нужна главным образом для обмена файлами, то сегодня она превращается в центральный элемент инфраструктуры организации, влияющий на эффективность ее функционирования, включая новые виды деятельности, основанные, например, исключительно на Web (реклама в Internet, электронная коммерция). Здесь, как и в плавании в море, самое главное — держаться буйков, то есть руководствоваться правилом «золотой середины», устанавливающим оптимальное соотношение между желаемым (список самых модных и современных возможностей и технологий, почерпнутых главным образом из публикаций в прессе) и действительным (реальные финансовые возможности).

Конечно, трудно заранее представить, что из рекламируемых сегодня технологий может понадобиться завтра, а что — послезавтра. Поэтому в качестве информации к размышлению предлагаем вам рассмотреть несколько вариантов создания простейшей сети и последующего перехода к более сложным конфигурациям.

Для иллюстрации примеров будем использовать устройства компании SMC Networks (www.smc.com), специализирующейся исключительно на оборудовании для локальных сетей. Эти устройства подобраны таким образом, чтобы дать читателю представление о том, какие полезные свойства имеет современное сетевое оборудование.

Начинаем с простейшей конфигурации

Условимся сразу, что под простейшей конфигурацией мы подразумеваем сеть самой простой структуры на базе выделенного сервера либо одноранговую сеть, в которой все ПК обмениваются информацией друг с другом без посредника — сервера.

Сегодня традиционная технология для создания небольших сетей — Ethernet, поддерживающая передачу данных со скоростью 10 Мбит/с. На рисунке показана простейшая сеть, созданная с помощью 10 Мбит/с пятипортового концентратора EtherEZ, с помощью которого к серверу можно подключить до пяти ПК и один сетевой принтер, обслуживающий все ПК.

Каждый ПК снабжен сетевым адаптером EtherEZ, который подключается к ПК в режиме plug-and-play. ОС Microsoft Windows 95 распознает этот адаптер автоматически при запуске и загружает его драйвер с CD-ROM, на котором поставляется ОС. Для среды Novell NetWare надо запустить утилиту инсталляции, входящую в комплект поставки адаптера SMC, на что требуется приблизительно полминуты. Если на ПК установлена другая ОС, надо запустить утилиту EZStart и с ее помощью выбрать нужный драйвер.

Следует обратить внимание на такой параметр сетевого адаптера, как «процент использования центрального процессора». Он особенно важен, если клиентские рабочие станции используют многозадачный режим работы. Увеличение использования процессора напрямую ведет к замедлению работы приложений на рабочей станции и сервере.

Концентраторы семейства EtherEZ включают три модели: 5-, 8- и 16-портовые, стоимость которых составляет от 8 до 10 долл. на один порт. Таким образом, стоимость пятипортовой модели, показанной на рисунке, составляет 40-50 долл. Все концентраторы снабжены панелями индикации, на которые выведены светодиодные индикаторы, показывающие, например, загрузку сети, уровень коллизий (ошибок при передаче пакетов Ethernet), состояние каждого порта. Эта информация полезна при инсталляции сети, анализе ее работоспособности, поиске неисправности и т.д.

Вообще говоря, с помощью классического концентратора можно подключить число устройств (ПК), равное числу его портов. Получается, что можно сэкономить и приобрести самое дешевое устройство с минимальным числом портов. Но тогда при появлении шестого ПК придется приобретать новый коммутатор с большим числом портов: 8- или сразу 16-портовую модель. Однако технологии Ethernet допускают режим каскадного подключения нескольких концентраторов. Устройства семейства EtherEZ относятся как раз к этому классу.

Один порт каждого концентратора можно использовать для соединения двух устройств между собой с помощью стандартных кабелей 10Base-T (8- и 16-портовые модели включают BNC-коннекторы, а 16-портовые устройства — еще и AUI-коннектор). Соединять концентраторы в каскад можно в режиме plug-and-play, то есть вносить изменения в конфигурацию сетевого ПО не требуется.

Отметим еще, что технология SMC Easy Networking, применяемая в концентраторах и адаптерах семейства EtherEZ, может использоваться в сетях любых размеров (не менее трех ПК).

Вопрос скорости

Сети имеют тенденцию усложняться не только в связи с увеличением числа включенных в сеть ПК. Объективно с течением времени они обрастают все большим числом разнообразных приложений, требующих все больше и больше сетевых ресурсов, которые надолго занимают каналы связи между устройствами перекачкой больших файлов данных. Кстати, помимо мультимедийных и графических приложений росту сетевого трафика весьма способствуют такие клиент-серверные приложения, как ПО групповой работы Lotus Notes и программы доступа в Internet. Несколько пользователей, одновременно обращающихся к стандартным офисным приложениям типа Microsoft Office, способны «проглотить» 10 Мбит/с «общественной» полосы пропускания.

Таким образом, оказывается, что фактор цены — не единственный, который следует принимать во внимание, приступая к проектированию небольшой сети.

Если речь заходит о производительности сети, нужно представлять себе, какая пропускная способность нужна. Можно оптимизировать использование полосы пропускания 10 Мбит/с. Возможно, следует думать о скорости передачи данных 100 Мбит/с.

Для того чтобы осуществить первоначальную оценку потребности сети в скорости, можно задать несколько вопросов:

1. Используете ли вы приложения, работающие с большими объемами данных (САПР, обработка мультимедийной информации, изображений и т.п.)?

2. Обмениваетесь ли вы по сети большими объемами данных?

3. Существует ли прямая зависимость между быстродействием вашей сети и доходами или эффективностью работы вашей организации?

4. Если у вас уже есть сеть на базе концентратора, то составляет ли время ее занятости более 30% всего рабочего времени? (Оценить уровень занятости сети можно по данным индикаторов концентратора.)

Если хотя бы на два из этих вопросов вы ответили утвердительно, вам надо думать о высокоскоростной технологии 100 Мбит/с.

Cегодня существует несколько высокоскоростных технологий, поддерживающих скорость 100 Мбит/с и выше.

Технологии передачи данных, поддерживающие скорость 100 Мбит/с и выше

10 Мбит/с: концентратор vs коммутатор

Если выбор в пользу технологий передачи данных со скоростью 100 Мбит/с неочевиден, даже в рамках технологии 10 Мбит/с Ethernet можно добиться пропускной способности в 100 Мбит/с. (Правда, этот показатель относится к так называемой агрегированной пропускной способности.) Достичь этого можно с помощью перехода к технологии коммутации Ethernet, которую поддерживают устройства другого класса — коммутаторы.

Концентраторы и коммутаторы — это устройства, с помощью которых организуется взаимодействие ПК в рамках локальной сети. Однако они принадлежат к разным мирам. Концентратор — из мира сетей с разделяемой средой передачи, коммутатор — из мира коммутируемых сетей.

На рисунке показано, как с помощью замены концентратора на коммутатор (в данном случае — EZ Switch DT с 24 портами) можно увеличить полосу пропускания сети более чем в 10 раз. Разница между двумя типами сетей заключается в том, что в разделяемой сети в один момент времени может происходить передача данных только между двумя станциями, то есть вся доступная полоса пропускания (10 Мбит/с для сетей Ethernet) разделяется между всеми устройствами, подключенными к сети. Компьютер отправляет свои данные (пакеты данных Ethernet) на концентратор, который, в свою очередь, рассылает их на требуемые порты сети. Бывает так, что у двух пакетов оказывается один и тот же адрес получателя. Тогда фиксируется ошибка передачи (коллизия), и пакеты возвращаются к станциям-отправителям для повторной передачи.

Коммутаторы поддерживают пропускную способность 10 Мбит/с на каждом порте. Это означает, что для связи между двумя узлами сети выделяется определенный канал связи. Конфликты при этом отсутствуют, так как каждый пользователь фактически имеет свой собственный канал подключения.

Таким образом, в случае одноранговой среды (без выделенного сервера) коммутатор поддерживает множество парных одновременных соединений: если у него есть 24 порта, к каждому их которых подключен ПК, то одновременно может происходить 12 сеансов передачи данных. Это означает, что совокупная (агрегированная) пропускная способность устройства составляет 12Ѕ10 Мбит/с = 120 Мбит/с.

В клиент-серверной среде (с одним или более выделенным сервером) концентратор обеспечивает в каждый момент времени соединение одного сервера с одним клиентом. Коммутатор же поддерживает множество соединений, включающих различные серверы и ПК.

Стоимость коммутатора EZ Switch DT самой простой модели (с 24 портами) составляет 800 долл., то есть 30 долл. на порт. Это хорошая цена, особенно если учесть, что коммутаторы этого семейства также поддерживают технологию каскадирования.

Устройство снабжено специальным переключателем. В зависимости от его положения один из портов можно использовать либо для подключения еще одного сервера или ПК, либо для соединения с еще одним коммутатором или концентратором. Каскадное подключение организуется при помощи стандартных разъемов RJ-45.

Сегментирование сети повышает ее производительность

Обратимся вновь к рисунку, на котором показано, как коммутатор функционирует в многосерверной среде. Понятно, что эффективность такой структуры во многом определяется тем, какие именно соединения серверов и ПК и с какой частотой происходят. Такие проблемы возникают, когда в сети работает несколько серверов, а различные ПК обслуживают разные приложения, неравномерно загружающие сеть. Очевидно, в каждом конкретном случае все ПК и серверы можно разбить на группы (в этом случае они называются рабочими группами) и объединить между собой так, чтобы сеть функционировала оптимальным образом, то есть каждое сетевое устройство получало максимально возможную полосу пропускания. Концентраторы групп могут быть каскадированными.

При такой конфигурации трафик внутри каждой рабочей группы будет передаваться независимо от других. К свободным портам коммутатора можно напрямую подключить такие устройства, которыми пользуются все группы совместно: например сервер печати или еще один файловый сервер. В последнее время потребность в таких скоростных магистральных соединениях между серверами и коммутаторами значительно возросла. Это связано, в частности, с распределенным характером многих приложений, увеличением потребности доступа в Internet, а также с использованием серверов для централизованных служб сетевого управления и безопасности.

Может наступить такой момент, когда эффективность функционирования рабочих групп в результате расширения или появления новых приложений достигнет верхней границы, определяемой возможностями концентраторов, и начнет снижаться. (Об этом можно судить, в частности, по показаниям индикатора коллизий концентратора или индикатора использования полосы пропускания.)

Обычно в таких ситуациях каскадированные концентраторы разделяют и каждый подключают к порту коммутатора.

Часть файловых серверов можно вынести за пределы рабочих групп и присоединить непосредственно к коммутатору. Как утверждают специалисты SMC Networks, такая комбинированная разделяемо-коммутируемая технология позволяет достичь в определенных ситуациях увеличения доступной полосы пропускания в шесть раз и стоимости решения — 50 долл. на порт.

Иногда случается, что даже небольшая рабочая группа требует очень большой полосы пропускания, например, в случае если один или несколько ее пользователей постоянно обращаются к серверу с запросом на мультимедийные или САПР-приложения.

Этих пользователей и сервер (серверы) с соответствующим ПО надо присоединить непосредственно к коммутатору. Это позволит свести к минимуму влияние их трафика на функционирование остальной сети. При этом пользователи, подключенные к каждому концентратору, совместно используют полосу пропускания 10 Мбит/с, а каждый отдельный пользователь и сервер, подключенный непосредственно к коммутатору, получают также по 10 Мбит/с.

Такой способ организации сети на основе рабочих групп и объединяющих их коммутаторов называется сегментацией сети, то есть разделением ее на меньшие сегменты. Поскольку запросы рабочих станций к серверам локализуются внутри рабочих групп, уменьшается число коллизий в сети в целом, а следовательно, увеличивается пропускная способность в расчете на каждый узел сети. Соединение сегментов посредством коммутаторов позволяет получить единую локальную сеть с потенциальной пропускной способностью, в несколько раз превышающей пропускную способность первоначальной односегментной сети. Коммутаторы Ethernet относительно недороги.

Как уже отмечалось выше, в разделяемой среде Ethernet одновременно может иметь место лишь один сеанс передачи данных между ПК и сервером, а в коммутируемой среде — множество. Однако, если сеть сегментирована, одновременно допускается лишь один сеанс на сегмент.

Кроме того, коммутаторы способны оптимизировать сетевой трафик. В отличие от концентраторов они поддерживают таблицу МАС-адресов сетевых устройств и принимают решения о перенаправлении пакетов данных, основываясь на данных этой таблицы. Если адрес назначения пакета относится к тому же самому сегменту, где находится источник, то постоянный канал связи через коммутатор для передачи этого пакета не образуется. Таким образом, пакеты, относящиеся к одному сегменту сети, отфильтровываются на уровне этого сетевого сегмента и тем самым не увеличивают общий сетевой трафик.

Еще одно важное достоинство коммутаторов заключается в поддержке ими дуплексного режима передачи данных. На это способны также некоторые сетевые адаптеры, но не концентраторы. Естественно, соединение двух устройств, поддерживающих дуплексный режим передачи данных, приводит к удвоению пропускной способности сегмента.

Если вы решили не мелочиться

Если вы решили, что ухищрений, связанных с повышением производительности сети с помощью коммутирующих устройств, вам недостаточно, следует переходить на другую, более высокоскоростную технологию. Но если у вас нет спонсора, готового инвестировать немалые средства в полное обновление существующей сети Ethernet либо в создание новой сети АТМ или FDDI, то, скорее всего, вашим выбором станет технология Fast Ethernet, поддерживающая скорость передачи данных 100 Мбит/с.

Fast Ethernet во многом подобна Ethernet: она использует те же методы доступа к данным (протокол CSMA/CD — коллективный доступ с опросом канала и обнаружением коллизий) и работает по тем же кабельным системам. Все приложения, работавшие в среде Ethernet, останутся работоспособными в среде Fast Ethernet.

Простейший вариант сети Fast Ethernet можно построить в виде разделяемой среды, подобно разделяемой сети Ethernet, однако для этого понадобятся сетевые адаптеры и концентраторы, поддерживающие скорость передачи данных 100 Мбит/с.

Смешанные среды 10/100 Мбит/с

Сегодня практически все поставщики сетевых адаптеров выпускают карты, способные автоматически опознавать и настраиваться на требуемую скорость передачи данных: 10 или 100 Мбит/с.

Эти платы стоят не намного дороже аналогичных устройств 10 Мбит/с, однако они дают вам возможность перейти к технологии Fast Ethernet в любой момент и в необходимом вам объеме.

В сети «клиент/сервер» большинство проблем возникает обычно со скоростью передачи в сетевой магистрали. Эта проблема разрешается, если организовать канал 100 Мбит/с между сервером и концентратором. Дальше можно использовать для сегментирования сети концентраторы и коммутаторы Ethernet.

Так же как и в случае с Ethernet, концентраторы Fast Ethernet можно объединять в стек. Тогда весь стек рассматривается как единое устройство с большим числом портов. Например, концентраторы Fast Ethernet семейства TigerStack способны поддерживать до 192 пользователей. Если сеть Ethernet уже существует, ее можно усовершенствовать, добавив Fast Ethernet, например, таким образом, как показано на рисунке.

В такой конфигурации высокопроизводительные рабочие станции 100 Мбит/с и ПК Ethernet разнесены в разные сетевые сегменты. В результате для перехода на технологию Fast Ethernet требуется новый концентратор 100 Мбит/с и сетевые адаптеры 100 Мбит/с для группы мощных рабочих станций. Концентратор, настраивающийся на требуемую скорость передачи 10 или 100 Мбит/с, позволяет подключить к нему одновременно как менее, так и более скоростные ПК. Все компьютеры сети при этом обращаются к одним и тем же серверам, причем одни из них могут иметь сетевые адаптеры 10 Мбит/с, а другие — 100 Мбит/с.

Вообще двухскоростные концентраторы, содержащие внутренний мост для связи между сегментами, представляют собой достаточно удобное средство для постепенной интеграции сетей Ethernet и Fast Ethernet.

Если комбинированная сеть включает большее число сегментов, имеет смысл использовать устройства EZ Stack 10/100, представляющие собой наращиваемые (стехируемые) концентраторы, поддерживающие в стеке до шести концентраторов 10 или 100 Мбит/с.

К каждому концентратору подключается свой сегмент локальной сети, который может быть построен по технологии либо Ethernet, либо Fast Ethernet. Установка концентраторов в стек экономит место, занимаемое оборудованием, и упрощает проблемы, связанные с путаницей проводов, соединяющих множество различных устройств.

Оптимальную по производительности разделяемо-коммутируемую среду можно оптимизировать еще и по скорости. Для этого, как и в случае с 10 Мбит/с Ethernet, надо использовать коммутаторы.

Семейство коммутаторов EZ Switch, выпускаемое компанией SMC Networks, включает 8 или 16 портов 10 Мбит/с и два порта Fast Ethernet. Порты 10 Мбит/с можно использовать для коммутации сегментов и увеличения пропускной способности участков Ethernet. Порты Fast Ethernet используются при этом для прямых соединений с серверами сегментов, а также для рабочих станций, требующих большой полосы пропускания. Как видно из рисунка, каждая такая рабочая станция получает полосу пропускания 20 Мбит/с.

Каждый порт 100 Мбит/с устройства можно соединить с концентратором Fast Ethernet; с сервером, содержащим сетевую карту Fast Ethernet, например EtherPower II 10/100 для компьютеров на базе шины PCI; а также с аналогичным портом другого коммутатора EZ Switch.

Серверные адаптеры с балансировкой нагрузки

В конце прошлого года компания SMC Networks выпустила новое семейство серверных адаптеров, которые ориентированы на применение в сетях, где наблюдается мощный трафик на серверах. Оно включает два программно-аппаратных комплекса: Tiger Array и Tiger Array2, в которых реализована технология Intelligent Power Processing. ПО комплексов ориентировано на ОС Windows NT.

Аппаратная часть Tiger Array включает в себя две сетевые платы SMC EtherPower II 10/100, которые поддерживают режим автосогласования для выбора нужной скорости передачи данных — 10 или 100 Мбит/с.

Комплект Tiger Array2 содержит одну двухканальную сетевую плату EtherPower 10/100 PCI. Этот адаптер поддерживает функциональность двух сетевых плат, занимая один слот.

Главная особенность Tiger Array и Tiger Array2 заключается в наличии программного драйвера, который способен оптимальным образом распределять нагрузку на обе платы. Этот промежуточный драйвер объединяет обе платы EtherPower II 10/100 или оба канала EtherPower 10/100 PCI в единую «виртуальную» плату, а ПО распределяет общую нагрузку между обеими платами (каналами), значительно увеличивая пропускную способность сетевого подключения на сервере.

Кроме того, это ПО обеспечивает отказоустойчивость системы, так как в случае выявления сбоя на одной плате (канале) трафик автоматически перенаправляется на другую плату (канал). А в случае восстановления соединения ПО Tiger Array также автоматически вновь его активизирует и заново перераспределяет нагрузку.

Для работы с ПО Tiger Array предназначено специальное приложение, которое позволяет наблюдать за текущей работой адаптеров, а также управлять их конфигурацией на основе графического интерфейса. Оно способно в случае сбоя адаптера оповестить об этом персонал, используя протокол SNMP.

Таким образом, последние технологические достижения позволяют еще более повысить скорость передачи данных по сети, причем часть интеллектуальной нагрузки, связанной с созданием оптимальной топологии сети, удается переложить на сетевые платы, одновременно повысив при этом отказоустойчивость критически важных соединений с серверами.

После принятия окончательного варианта стандарта на технологию Gigabit Ethernet, описывающего передачу данных на гигабитных скоростях, многие производители стали предлагать продукты для этой технологии. Сегодня наиболее реальным представляется ее применение для соединений с серверами. Однако здесь надо вести себя достаточно осторожно, поскольку серверный адаптер, возможно, не сможет поддержать такую скорость. По крайней мере, 32-разрядная шина PCI не способна обеспечить скорость 2 Гбит/с (полный дуплекс).

Различия в применении Ethernet и Fast Ethernet

Несмотря на глубокие родственные связи, соединяющие технологии Ethernet и Fast Ethernet, между ними все же имеется ряд различий, которые следует принимать во внимание, обдумывая варианты модернизации сети Ethernet с помощью Fast Ethernet.

Сеть Ethernet можно строить на базе коаксиального кабеля, витой пары или оптоволокна. Для Fast Ethernet коаксиальный кабель применять нельзя.

В одной сети могут использоваться все типы кабелей. Для соединения оборудования в стойке, где заменить кабель достаточно легко, целесообразно применять кабель 100Base-TX, поскольку он обеспечивает дуплексные соединения коммутатора с адаптером и межкоммутаторные связи. Кроме того, 100Base-TX в этом случае предпочтительнее, так как, например, кабель 100Base-T4 не способен поддерживать дуплексный режим передачи данных, что в данном случае важно. А вот для соединения настольной системы со стойкой лучше использовать кабель 100Base-T4 — это дешевле.

Имеются ограничения на длину кабелей различных типов, соединяющих сетевые устройства. Эти ограничения определяются процессами затухания электрического или оптического сигналов в процессе прохождения по кабелю. Так, максимальная длина кабеля в сети Ethernet составляет 100 м. С помощью концентраторов, которые ретранслируют сигнал, это расстояние можно увеличить. Но и при этом надо соблюдать некоторые ограничения.

Всякий раз, когда пакет данных ретранслируется, считается, что совершена одна пересылка данных между устройствами (например, сервером и ПК). В сети Ethernet максимально допускается четыре таких пересылки, в сети Fast Ethernet — две.

Кроме того, для увеличения расстояния, на которое может передаваться сигнал, в сети можно применять повторители. В сети Fast Ethernet повторители могут быть двух типов:

• класса 1 (к нему могут присоединяться кабели разных типов; может производиться только одна пересылка пакетов между двумя сетевыми станциями в одном сегменте);

Спецификации кабелей для Ethernet и Fast Ethernet

• класса 2 (соединяют кабели одного типа; может быть две пересылки данных между двумя сетевыми станциями в одном сегменте).

Ввиду более жестких ограничений, накладываемых на структуру сети технологией Fast Ethernet, наращиваемые концентраторы и коммутаторы для таких сетей имеют большее значение, чем для сетей Ethernet.

КомпьютерПресс 3'1999