2.3. Влияние топологии связей и производительности коммуникационных устройств на пропускную способность сети

Возможность изменения топологии связей между узлами сети предоставляет сетевому интегратору широкие возможности для повышения пропускной способности как сети в целом так и ее отдельных участков. Даже при фиксированных пропускных способностях каналов связей наличие двух альтернативных каналов между какими-либо узлами сразу же в два раза повышает пропускную способность сети при взаимодействии этих узлов.

Локальные сети, использующие только повторители/концентраторы, должны строиться по вполне определенной топологии - общей шины, кольца или звезды, которая определяется используемой базовой сетевой технологией (Ethernet, TokenRing и т.п.).

Однако при использовании мостов, коммутаторов или маршрутизаторов появляется возможность использовать более сложные топологии, отличающиеся от стандартных. Выбор подходящей топологии сети может решить многие проблемы узких (в отношении пропускной способности) мест сети. Это связано не только с наличием дополнительных каналов связи, но и с тем обстоятельством, что сеть образует в таком случае не одну общую среду, разделяемую между всеми узлами сети, а несколько таких сред, пропускная способность которых разделяется уже только между узлами данного сегмента сети.

Безусловно, большое влияние на пропускную способность сети имеет и производительность таких коммуникационных устройств как мосты, коммутаторы и маршрутизаторы. Эта производительность должна быть достаточной для передачи межсегментного или межсетевого трафика между частями сети, которые образуются в результате установки в сеть устройств данного типа. Потери кадров или пакетов мостами, коммутаторами или маршрутизаторами могут приводить к значительному снижению пропускной способности сети, особенно если восстановление утерянных пакетов осуществляется пртоколами с большими значениями тайм-аута ожидания квитанций, как это было показано в разделе2.1.6.

2.3.1. Разделяемая среда передачи как причина снижения производительности сети

Повторители и концентраторы локальных сетей реализуют базовые технологии, разработанные для разделяемых сред передачи данных. Классическим представителем такой технологии является технология Ethernet на коаксиальном кабеле. В такой сети все компьютеры сети разделяют во времени единственный канал связи, образованный сегментом коаксиального кабеля.

При передаче каким-нибудь компьютером кадра данных все остальные компьютеры принимают его по общему коаксиальному кабелю, находясь с передатчиком в постоянном побитном синхронизме. На время передачи этого кадра никакие другие обмены информации в сети не разрешаются. Способ доступа к общему кабелю управляется несложным распределенным механизмом арбитража - каждый компьютер имеет право начать передачу кадра, если на кабеле отсутствуют информационные сигналы, а при одновременной передаче кадров несколькими компьютерами схемы приемников узлов умеют распознавать и обрабатывать эту ситуацию, называемую коллизией. Обработка коллизии также несложна - все передающие узлы прекращают выставлять биты своих кадров на кабель и повторяют попытку передачи кадра через случайный промежуток времени.

При подключении к общему каналу сети Ethernet каждый узел пользуется его пропускной способностью 10 Мб/с в течение только некоторой доли общего времени работы сети. Соответственно, на узел приходится эта же доля пропускной способности канала. Даже если упрощенно считать, что все узлы получают равные доли времени работы канала и непроизводительные потери времени отстутствуют, то при наличии в сети N узлов на один узел приходится только 10/N Мб/с пропускной способности. Очевидно, что при больших значениях N пропускная способность, выделяемая каждому узлу, оказывается настолько малой величиной, что нормальная работа приложений и пользователей становится невозможной - задержки доступа к сетевым ресурсам превышают тайм-ауты приложений, а пользователи просто отказываются так долго ждать отклика сети.

Случайный характер алгоритма доступа к среде передачи данных, принятый в технологии Ethernet, еще усугубляет ситуацию. Если запросы на доступ к среде генерируются узлами в случайные моменты времени, то при большой их интенсивности вероятность возникновения коллизий также возрастает и приводит к неэффективному использованию канала: время обнаружения коллизии и время ее обработки составляют непроизводительные затраты. Доля времени, в течение которого канал предоставляется в распоряжение конкретному узлу, становится еще меньше.

До недавнего времени в локальных сетях редко использовались мультимедийные приложения, перекачивающие большие файлы данных, нередко состоящие из нескольких десятков мегабайт. Приложения же, работающие с алфивитно-цифровой информацией, не создавали значительного трафика. Поэтому долгое время для сегментов Ethernet было действительным эмпирическое правило - в разделяемом сегменте не должно быть больше 30 узлов. Теперь ситуация изменилась и нередко 3-4 компьютера полностью загружают сегмент Ethernet с его максимальной пропускной способностью в 10 Мб/с или же 14880 кадров в секунду.

Ограничения, связанные с возникающими коллизиями и большим временем ожидания доступа при значительной загрузке разделяемого сегмента, чаще всего оказываются более серьезными, чем ограничение на максимальное количество узлов, определенное в стандарте из соображений устойчивой передачи электрических сигналов в кабелях.

Техногия Ethernet была выбрана в качестве примера при демонстрации ограничений, присущих технологиям локальных сетей, так как в этой технологии ограничения проявляются наиболее ярко, а их причины достаточно очевидны. Однако подобные ограничения присущи и всем остальным технологям локальных сетей, так как они опираются на использование среды передачи данных как одного разделяемого ресурса. Кольца TokenRing и FDDI также могут использоваться узлами сети только в режиме разделяемого ресурса. Отличие от канала Ethernet здесь состоит только в том, что маркерный метод доступа определяет детерминированную очередность предоставления доступа к кольцу, но по-прежнему при предоставлении доступа одного узла к кольцу все остальные узлы не могут передавать свои кадры и должны ждать, пока владеющий правом доступа узел не завершит свою передачу.

Общее ограничение локальных сетей, построенных только с использованием повторителей и концентраторов, состоит в том, что общая производительность такой сети всегда фиксирована и равна максимальной производительности используемого протокола. И эту производительность можно повысить только перейдя к другой технологии, что связано с дорогостоящей заменой всего оборудования.

Рассмотренные ограничения являются платой за преимущества, которые дает использование разделяемых каналов в локальных сетях. Эти преимущества существенны, недаром технологии такого типа существуют уже около 20 лет.

К преимуществам нужно отнести в первую очередь:

• простоту топологии сети;
• гарантию доставки кадра адресату при соблюдении ограничений стандарта и корректно работающей аппаратуре;
• простоту протоколов, обеспечившую низкую стоимость сетевых адаптеров, повторителей и концентраторов.

Однако начавшийся процесс вытеснения повторителей и концентраторов коммутаторами говорит о том, что приоритеты изменились, и за повышение общей пропускной способности сети пользователи готовы пойти на издержки, связанные с приобретением коммутаторов вместо концентраторов.

2.3.2. Повышение производительности путем сегментации сети мостами и коммутаторами

2.3.2.1. Разделение общей среды с помощью локальных мостов

Для преодоления ограничений технологий локальных сетей уже достаточно давно начали применять локальные мосты, которые являются функциональными предшественниками коммутаторов. Хотя в современных сетях коммутаторы почти вытеснили мосты из локальных сетей, принципы работы и соображения по их применению практически совпадают.

Мост - это устройство, которое обеспечивает взаимосвязь двух (реже нескольких) локальных сетей посредством передачи кадров из одной сети в другую с помощью их промежуточной буферизации. Мост, в отличие от повторителя, не старается поддержать побитовый синхронизм в обеих объединяемых сетях. Вместо этого он выступает по отношению к каждой из сетей как конечный узел. Он принимает кадр, буферизует его, анализирует адрес назначения кадра, и только в том случае, когда адресуемый узел действительно принадлежит другой сети, он передает его туда.

Для передачи кадра в другую сеть мост должен получить доступ к ее разделяемой среде передачи данных в соответствии с теми же правилами, что и обычный узел.

Таким образом, мост изолирует трафик одного сегмента от трафика другого сегмента, фильтруя кадры. Так как в каждый из сегментов теперь направляется трафик от меньшего числа узлов, то коэффициент загрузки сегментов уменьшается (рис. 2.11). В результате пропускная способность каждого сегмента увеличивается, а, значит, повышается и суммарная пропускная способность сети.

Рис. 2.11. Локализация трафика при использовании моста

Каждый сегмент сети остается доменом коллизий, то есть участком сети, в котором все узлы одновременно фиксируют и отрабатывают коллизию, в каком бы месте этого участка она бы ни случилась. Однако коллизии одного сегмента не приводят к возникновению коллизий в другом сегменте, так как мост не транслирует их между сегментами.

2.3.2.2. Требования к пропускной способности моста

До сих пор мы предполагали, что при использовании моста для связи двух сегментов вместо повторителя общая производительность сети всегда повышается, так как уменьшается количество узлов в каждом сегменте и загрузка сегмента уменьшается на ту долю трафика, которая теперь является внутренним трафиком другого сегмента. Это дейсвительно так, но при условии, что мост передает межсегментный трафик без значительных задержек и без потерь кадров. Однако, анализ рассмотренного алгоритма работы моста говорит о том, что мост может и задерживать кадры, и, при определенных условиях, терять их. Задержка, вносимая мостом, равна по крайней мере времени записи кадра в буфер. Как правило, после записи кадра на обработку адресов также уходит некоторое время, особенно если размер адресной таблицы велик. Поэтому задержка увеличивается на время обработки кадра.

Время обработки кадра влияет не только на задержку, но и на вероятность потери кадров. Если время обработки кадра окажется меньше интервала до поступления следующего кадра, то следующий кадр будет помещен в буфер и будет ожидать там, пока процессор моста не освободится и не займется обработкой поступившего кадра. Если средняя интенсивность поступления кадров будет в течение длительного времени превышать производительность моста, то есть величину, обратную среднему времени обработки кадра, то буферная память, имеющаяся у моста для хранения необработанных кадров, может переполниться. В такой ситуации мосту некуда будет записывать поступающие кадры, и он начнет их терять, то есть просто отбрасывать.

Потеря кадра - ситуация очень нежелательная, так как ее последствия протоколами локальных сетей не ликвидируются. Потеря кадра будет исправлена только протоколами транспортного или прикладного уровней, которые заметят потерю части своих данных и организуют их повторную пересылку. Однако, при регулярных потерях кадров канального уровня производительность сети может уменьшиться в несколько раз, так как тайм-ауты, используемые в протоколах верхних уровней, существенно превышают времена передачи кадров на канальном уровне, и повторная передача кадра может состояться через десятки секунд.

Для предотвращения потерь кадров мост должен обладать производительностью, превышающей среднюю интенсивность межсегментного трафика, и большой буфер для хранения кадров, передаваемых в периоды пиковой нагрузки.

Для того, чтобы мост повышал, а не понижал пропускную спосбность сети, всегда должно выполняться следующее правило:

Скорость выполнения мостом операции передачи кадров между любыми двумя его портами (эта операция называется forwarding) должна быть всегда выше, чем средняя интенсивность трафика, существующего между соединяемыми этими портами сегментами сети.

В локальных сетях часто оказывается справедливым эмпирическое правило 80/20, говорящее о том, что при правильном разбиении сети на сегменты 80% трафика оказывается внутренним трафиком сегмента, и только 20% выходит за его пределы. Если считать, что это правило действует по отношению к конкретной сети, то мост должен обладать производительностью выполнения операции forwarding в 20 % от максимальной пропускной способности сегмента Ethernet, то есть производительностью 0.2х14880 = 3000 кадра в секунду. Обычно, локальные мосты обладают производительностью от 3000 кадров в секунду и выше.

Однако, гарантий на доставку кадров в любых ситуациях мост, в отличие от повторителя, не дает. Это его принципиальный недостаток, с которым приходится мириться.

Для того, чтобы выяснить возможность успешного применения моста в сети, необходимо предварительно замерить с помощью анализатора протоколов или же системы управления сетью матрицу трафика между узлами сети. Эта информация позволит понять уровень межсегментного трафика при разделении сети на сегменты и сравнить ее с производительностью моста.

2.3.2.3. Сегментация сетей с помощью коммутаторов

Технология коммутации сегментов Ethernet была предложена фирмой Kalpana в 1990 году в ответ на растущие потребности в повышении пропускной способности локальных сетей. Эта технология основана на отказе от использования разделяемых линий связи между всеми узлами сегмента и использовании коммутаторов, позволяющих одновременно передавать пакеты между всеми его парами портов.

Функционально многопортовый коммутатор работает как многопортовый мост, то есть работает на канальном уровне, анализирует заголовки кадров, автоматически строит адресную таблицу и на основании этой таблицы перенаправляет кадр в один из своих выходных портов или фильтрует его, удаляя из буфера. Новшество заключалось в параллельной обработке поступающих кадров, в то время как мост обрабатывает кадр за кадром. Коммутатор же обычно имеет несколько внутренних процессоров обработки кадров, каждый из которых может выполнять алгоритм моста. Таким образом, можно считать, что коммутатор - это мультипроцессорный мост, имеющий за счет внутреннего параллелизма высокую производительность.

Этот эффект иллюстрирует рисунок 2.12. На рисунке изображена идеальная в отношении повышения производительности ситуация, когда два порта из 4-х, подключенных к коммутатору передают данные с максимальной для протокола Ethernet скоростью 10 Мб/с, причем они передают эти данные на остальные два порта коммутатора не конфликтуя - у каждого входного порта свой выходной порт. Если коммутатор обладает способностью успевать обрабатывать входной трафик даже при максимальной интенсивности поступления кадров на входные порты, то общая производительность коммутатора в приведенном примере составит 2х10 Мб/с, а при обобщении примера на N портов - (N/2 )х10 Мб/с. Говорят, что коммутатор предоставляет каждой станции или сегменту, подключенным к его портам выделенную пропускную способность протокола.

Рис. 2.12. Повышение производительности сети за счет одновременной обработки нескольких кадров

Первый коммутатор для локальных сетей не случайно появился для технологии Ethernet. Кроме очевидной причины, связанной с наибольшей популярностью сетей Ethernet, существовала и другая, не менее важная причина - эта технология больше других страдает от повышения времени ожидания доступа к среде при повышении загрузки сегмента. Поэтому сегменты Ethernet в крупных сетях в певую очередь нуждались в средстве разгрузки узких мест сети, которыми стали коммутаторы фирмы Kalpana, а затем и других компаний.

Некоторые компании стали развивать технологию коммутации и для повышения производительности других технологий локальных сетей, таких как TokenRing и FDDI. Так как в основе технологии коммутации лежит алгоритм работы прозрачного моста, то принцип коммутации не зависит от метода доступа, формата пакета и других деталей каждой технологии. Коммутатор изучает на основании проходящего через него трафика адреса конечных узлов сети, строит адресную таблицу сети и затем на ее основании производит межкольцевые передачи в сетях TokenRing или FDDI. Принцип работы коммутатора в сетях любых технологий оставался неизменным, обеспечивая одновременное продвижение кадров между парами портов коммутатора.

Безусловно, повышение производительности сети при установке коммутатора в общем случае не будет такой значительной, как в примере. На эффективность работы коммутатора влияет много факторов, и в некоторых случаях, как это будет показано ниже, коммутатор может совсем не дать никаких преимуществ по сравнению с концентратором. Примером такого фактора может служить несбалансированность трафика в сети - если порт 1 и порт 2 коммутатора чаще всего обращаются к порту 3 коммутатора, то порт 3 будет периодически занят и недоступен для одного из двух этих портов и входящий в них трафик будет простаивать, ожидая освобождения порта 3.

2.3.2.4. Оценка необходимой общей производительности коммутатора

В идеальном случае коммутатор, установленный в сети, передает кадры между узлами, подключенными к его портам, с той скоростью, с которой узлы генерируют эти кадры, не внося дополнительных задержек и не теряя ни одного кадра. В реальной практике коммутатор всегда вносит некоторые задержки при передаче кадров, а также может некоторые кадры терять, то есть не доставлять их адресатам. Из-за различий во внутренней организации разных моделей коммутаторов, трудно предвидеть, как тот или иной коммутатор будет передавать кадры какого-то конкретного образца трафика. Лучшим критерием по прежнему остается практика, когда коммутатор ставится в реальную сеть и измеряеются вносимые им задержки и количество потерянных кадров. Однако, существуют несложные расчеты, которые могут дать представление о том, как коммутатор будет вести себя в реальной ситуации.

Рис. 2.13. Распределение трафика в сети, построенной на коммутаторе

Посмотрим, как можно оценить поведение коммутатора на примере сети, изображенной на рисунке 2.13.

Основой для оценки того, как будет справляться коммутатор со связью узлов или сегментов, подключенных к его портам, являются данные о средней интенсивности трафика между узлами сети. Для приведенного примера это означает, что нужно каким-то образом оценить, сколько в среднем кадров в секунду узел, поключенный к порту P1, генерирует узлам, подключенным к порту P2 (трафик P12), узлу, подключенному к порту P3 (трафик P13), и так далее, до узла, подключенного к порту P6. Затем эту процедуру нужно повторить для трафика, генерируемого узалми, подключенными к порту 2, 3, 4, 5 и 6. В общем случае, интенсивность трафика, генерируемого одним узлом другому, не совпадает с интесивностью трафика, генерируемого в обратном направлении.

Результатом исследования трафика будет построение матрицы трафика, приведенной на рисунке 2.14. Трафик можно измерять как в кадрах в секунду, так и в битах в секунду. Так как затем требуемые значения трафика будут сравниваться с показателями производительности коммутатора, то нужно их иметь в одних и тех же единицах. Для определенности будем считать, что в рассматриваемом примере трафик и производительность коммутатора измеряются в битах в секунду.

Рис. 2.14. Матрица средних значений интенсивностей трафика

Подобную матрицу строят агенты RMONMIB (переменная TrafficMatrix), встроенные в сетевые адаптеры или другое коммуникационное оборудование.

Для того, чтобы коммутатор справился с поддержкой требуемой матрицы трафика, необходимо выполнение нескольких условий.

1. Общая производительность коммутатора должна быть больше или равна суммарной интенсивности передаваемого трафика:

где B - общая производительность коммутатора, P_ij - средняя интенсивность трафика от i-го порта к j-му; сумма берется по всем портам коммутатора, от 1 до 6.

Если это неравенство не выполняется, то коммутатор заведомо не будет справляться с потоком поступающих в него кадров, и они будут теряться из-за переполнения внутренних буферов. Так как в формуле фигурируют средние значения интенсивностей трафика, то никакой, даже очень большой размер внутреннего буфера или буферов коммутатора не сможет компенсировать слишком медленную обработку кадров.

Суммарная производительность коммутатора обеспечивается достаточно высокой производительностью каждого его отдельного элемента - процессора порта, коммутационной матрицы, общей шины, соединяющей модули и т.п. Независимо от внутренней организации коммутатора и способов конвейеризации его операций, можно определить достаточно простые требования к производительности его элементов, которые являются необходимыми для поддержки заданной матрицы трафика. Перечислим некоторые из них.

2. Номинальная максимальная производительность протокола каждого порта коммутатора должна быть не меньше средней интенсивности суммарного трафика, проходящего через порт:

где С_k - номинальная максимальная производительность протокола k-го порта (например, если k-ый порт подддерживает Ethernet, то С_kравно 10 Мб/с), первая сумма равна интенсивности выходящего из порта трафика, а вторая - входящего. Эта формула полагает, что порт коммутатора работает в стандартном полудуплексном режиме, для полнодуплексного режима величину С_kнужно удвоить.

3. Производительность процессора каждого порта должна быть не меньше средней интенсивности суммарного трафика, проходящего через порт. Условие аналогично предыдущему, но вместо номинальной производительности поддерживаемого протокола в ней должна использоваться производительность процессора порта.

4. Производительность внутренней шины коммутатора должна быть не меньше средней интенсивности суммарного трафика, передаваемого между портами, принадлежащими разным модулям коммутатора:

где B_bus - производительность общей шины коммутатора, а сумма

S_ijP_ij берется только по тем i и j, которые принадлежат разным модулям.

Эта проверка должны выполняться, очевидно, только для тех коммутаторов, которые имеют внутреннюю архитектуру модульного типа с использованием общей шины для межмодульного обмена. Для коммутаторов с другой внутренней организацией, например, с разделяемой памятью, несложно предложить аналогичные формулы для проверки достаточной производительности их внутренних элементов.

Приведенные условия являются необходимыми для того, чтобы коммутатор в среднем справлялся с поставленной задачей и не терял кадров постоянно. Если хотя бы одно из приведенных условий не будет выполнено, то потери кадров становятся не эпизодическим явлением при пиковых значениях трафика, а явлением постоянным, так как даже средние значения трафика превышают возможности коммутатора.

Условия 1 и 2 применимы для коммутаторов с любой внутренней организацией, а условия 3 и 4 приведены в качестве примера необходимости учета производительности отдельных.

Так как производители коммутаторов стараются сделать свои устройства как можно более быстродействующими, то общая внутренняя производительность коммутатора часто с некоторым запасом превышает среднюю интенсивность любого варианта трафика, который можно направить на порты коммутатора в соответствии с их протоколами. Такие коммутаторы называются неблокирующими, что подчеркивает тот факт, что любой вариант трафика передается без снижения его интенсивности.

Однако, какой бы общей производительностью не обладал коммутатор, всегда можно указать для него такое распределение трафика между портами, с которым коммутатор не справится и начнет неизбежно терять кадры. Для этого достаточно, чтобы суммарный трафик, передаваемый через коммутатор для какого-нибудь его выходного порта, превысил максимальную пропускную способность протокола этого порта. В терминах условия 2 это будет означать, что второе слагаемое S_iP_ik превышает пропускную способность протокола порта С_k. Например, если порты P4, Р5 и Р6 будут посылать на порт Р2 каждый по 5 Мб/c, то порт Р2 не сможет передавать в сеть трафик со средней интенсивностью 15 Мб/с, даже если процессор этого порта обладает такой производительностью. Буфер порта Р2 будет заполняться со скоростью 15 Мб/с, а опустошаться со скоростью максимум 10 Мб/с, поэтому количество необработанных данных будет расти со скоростью 5 Мб/с, неизбежно приводя к переполнению любого буфера конечного размера, а значит и к потере кадров.

Из приведенного примера видно, что коммутаторы могут полностью использовать свою высокую внутреннюю производительность только в случае хорошо сбалансированного трафика, когда вероятности передачи кадров от одного порта другим примерно равны. При "перекосах" трафика, когда несколько портов посылают свой трафик преимущественно одному порту, коммутатор может не справиться с поставленной задачей даже не из-за недостаточной производительности своих процессоров портов, а по причине ограничений протокола порта.

Коммутатор может терять большой процент кадров и в тех случаях, когда все приведенные условия соблюдаются, так как они являются необходимыми, но недостаточными для своевременного продвижения получаемых на приемниках портов кадров. Эти условия недостаточны потому, что они очень упрощают процессы передачи кадров через коммутатор. Ориентация только на средние значения интенсивностей потоков не учитывает коллизий, возникающих между передатчиками порта и сетевого адаптера компьютера, потерь на время ожидания доступа к среде и других явлений, которые обусловлены случайными моментами генерации кадров, случайными размерами кадров и другими случайными факторами, значительно снижающими реальную производительность коммутатора. Тем не менее, использование приведенных оценок полезно, так как позволяет выявить случаи, когда применение конкретной модели коммутатора для конкретной сети заведомо неприемлемо.

Так как интенсивности потоков кадров между узлами сети оценить удается далеко не всегда, то в заключение этого раздела приведем соотношение, которое позволяет говорить о том, что коммутатор обладает достаточной внутренней производительностью для поддержки потоков кадров в том случае, если они проходят через все его порты с максимальной интенсивностью. Другими словами, получим условие того, что при данном наборе портов коммутатор является неблокирующим.

Очевидно, что коммутатор будет неблокирующим, если общая внутренняя производительность коммутатора B равна сумме максимальных пропускных способностей протоколов всех его портов С_k:

То есть, если у коммутатора имеется, например, 12 портов Ethernet и 2 порта FastEthernet, то внутренней производительности в 320 Мб/с будет достаточно для обработки любого распределения трафика, попавшего в коммутатор через его порты. Однако, такая внутренняя производительность является избыточной, так как коммутатор предназначен не только для приема кадров, но и для их передачи на порт назначения. Поэтому, все порты коммутатра не могут постоянно с максимальной скоростью только принимать информацию извне - средняя интенсивность уходящей через все порты коммутатора информации должна быть равна средней интенсивности принимаемой информации. Следовательно, максимальная скорость передаваемой через коммутатор информации в стабильном режиме равна половине суммарной пропускной способности всех портов - каждый входной кадр является для какого-либо порта выходным кадром. В соответствии с этим утверждением, для нормальной работы коммутатора достаточно, чтобы его внутренняя общая производительность была равна половине суммы максимальных пропускных способностей протоколов всех его портов:

Поэтому, для коммутатора с 12 портами Ethernet и 2 портами FastEthernet вполне досточно иметь среднюю общую производительность в 160 Мб/с, для нормальной работы по передаче любых вариантов распределения трафика, которые могут быть переданы его портами в течение достаточно длительного периода времени.

Еще раз нужно подчеркнуть, что это условие гарантирует только то, что внутренние элементы коммутатора - процессоры портов, межмодульная шина, центральный процессор и т.п. - справятся с обработкой поступающего трафика. Несимметрия в распределении этого трафика по выходным портам всегда может привести к невозможности своевременной передачи трафика в сеть из-за ограничений протокола порта. Для предотвращения потерь кадров многие производители коммутаторов применяют фирменные решения, позволяющие "притормаживать" передатчики узлов, подключенных к коммутатору, то есть вводят элементы управления потоком не модифицируя протоколы портов конечных узлов.

2.3.3. Влияние маршрутизаторов на производительность сети

Маршрутизаторы, подобно мостам и коммутаторам, изолируют трафик одной части сети от другой и, тем самым, повышают пропускную способность сети в целом. При этом степень изоляции сетей более высокая, чем при использовании мостов и коммутаторов, так как маршрутизаторы не передают между сетями широковещательный трафик и кадры с неизвестными адресами назначения.

Как и в случае применения мостов/коммутаторов, использование маршрутизаторов может и уменьшить пропускную способность. Это может произойти в том случае, если производительность маршрутизатора окажется меньше средней интесивности межсетевого трафика. Обычно производительность маршрутизатора существенно меньше производительности коммутатора - средний маршрутизатор тратит на обработку одного пакета в 5 - 10 раз больше времени, чем средний коммутатор. Поэтому маршрутизаторы обычно применяют для соединения таких фрагментов сетей, которые являются достаточно обособленными и порождают не очень интенсивный межсетевой трафик.

Все соотношения, приведенные выше, которые были получены при обсуждении требований к производительности коммутаторов, справедливы и для маршрутизаторов.

2.3.4. Как интерпретировать результаты тестирования мостов, коммутаторов и маршрутизаторов

Часто в периодических изданиях, посвященных сетевой тематике, приводятся результаты тестирования производительности коммуникационного оборудования - мостов, коммутаторов и маршрутизаторов, выполненными в специальных тестовых лабораториях.

Результаты тестирования могут выглядеть, например, следующим образом:

Модель коммутатора	Производительность в кадрах/сек на один порт
3Com Linkswitch 1000	3700
3Com LANplex 6012	4050
Madge LANswitch	4400
DECswitch 900EF +GIGAswitch	4400
Cisco Catalyst 5000	4900
Cisco Catalyst 2800	4500
Bay Networks LattisSwitch 28115	3950

Тестированиепроводилосьлабораториейжурнала Data Communication International совместнослабораторией European Network Labs.

Для того, чтобы правильно интерпретировать результаты тестирования и принять обоснованное решение о том, какой из коммутаторов можно применить в вашей конкретной сети, нужно прежде всего выяснить, при каких условиях эти результаты были получены и насколько эти условия соответствуют тем, которые могут встретиться в вашей сети.

В приведенном примере два тестируемых коммутатора соединялись друг с другом высокоскоростными портами так, как это показано на рисунке 2.15.

Нагрузка на сеть создавалась двумя генераторами трафика SmartbitsAdvancedSMB100, которые посылали трафик на 20 портов Ethernet каждого из двух тестируемых образцов коммутатора. Трафик, посылаемый на каждый входной порт, направлялся через этот порт остальным 39 портам коммутаторов с равной степенью вероятности, так что каждый порт был загружен на 100%, то есть должен был передавать 14880 кадров в секунду. Использовались кадры минимального размера по 64 байта каждый.

Генераторы трафика подсчитывали количество кадров, которые дошли до порта назначения, и на основании этих данных подсчитывались количественные оценки качества передачи трафика коммутаторами.

Рис. 2.15. Схема тестирования коммутаторов

Очевидно, что на основании этих результатов можно выбирать коммутаторы для тех реальных сетей, в которых распределение нагрузки между портами коммутатора близко к равномерному. Такие случаи нередки для одноранговых сетей или же для сетей, где коммутаторы работают на верхних уровнях иерархии, объединяя трафики крупных сегментов. Однако, если коммутатор используется в сети с выделенным сервером, где наблюдается явный перекос трафика в сторону порта, к которому подключен сервер, то необходимо искать результаты тестирования в соответствующих условиях, с несимметричным распределением трафика.

Назад | Содержание | Вперед