Преимущества логической структуризации сети

Ограничения, возникающие из-за использований одной разделяемой среды, можно преодолеть, выполнив логическую структуризацию сети, то есть сегментировать единую разделяемую среду на несколько и: соединить полученные сегменты сети такими устройствами, как мосты, коммутаторы или маршрутизаторы.

Перечисленные устройства передают кадры с одного своего порта на другой, анализируя адрес назначения, помещенный в этих кадрах. Мосты и коммутаторы выполняют операцию передачи кадров на основе плоских адресов канального уровня, то есть МАС-адресов, а маршрутизаторы используют для этой цели иерархические адреса сетевого уровня.

Логическая структуризация позволяет решить несколько задач, основные из них: повышение производительности, гибкости, безопасности и управляемости сети.

Рисунок 6. Логическая структуризация сети

Повышение производительности.Для иллюстрации эффекта повышения производительности, который является главной целью логической структуризации, рассмотрим рис. 7. На нем показаны два сегмента Ethernet, соединенные мостом. Внутри сегментов имеются повторители. До деления сети на сегменты весь трафик, генерируемый узлами сети, был общим (представим, что вместо моста был повторитель) и учитывался при определении коэффициента использования сети. Если обозначить среднюю интенсивность трафика, идущего от узла i к узлу j, через , то суммарный трафик, который должна была передавать сеть до деления на сегменты, равен (считаем, что суммирование проводится по всем узлам).

Рисунок 7. Изменение нагрузки при делении сети на сегменты

После разделения сети подсчитаем нагрузку отдельно для каждого сегмента. Например, нагрузка сегмента S1 стала равна где CS1 — внутренний трафик сегмента S1, a CS1-S2 — межсегментный трафик. Чтобы показать, что нагрузка сегмента S1 стала меньше, чем нагрузка исходной сети, заметим, что общую нагрузку сети до разделения на сегменты можно представить в таком виде:

Значит, нагрузка сегмента S1 после разделения стала равной , то есть стала меньше на величину внутреннего трафика сегмента S2. Аналогичные рассуждения можно повторить относительно сегмента S2. Следовательно, в соответствии с графиками, приведенными на рис.5, задержки в сегментах уменьшились, а полезная пропускная способность, приходящаяся на один узел, увеличилась.

Ранее было отмечено, что деление сети на логические сегменты почти всегда снижает нагрузку в новых сегментах. Слово «почти» учитывает очень редкий случай, когда сеть разбита на сегменты так, что внутренний трафик каждого сегмента равен нулю, то есть весь трафик является межсегментным. Для примера, представленного на рис.7, это означало бы, что все компьютеры сегмента S1 обмениваются данными только с компьютерами сегмента S2, и наоборот.

На практике в сети всегда можно выделить группу компьютеров, которые принадлежат сотрудникам, решающим общую задачу. Это могут быть сотрудники одной рабочей группы, отдела, другого структурного подразделения предприятия. В большинстве случаев им нужен доступ к ресурсам сети их отдела и только изредка — доступ к удаленным ресурсам.

В 80-е годы существовало эмпирическое правило, говорящее о том, что можно разделить сеть на сегменты так, что 80 % трафика составят обращения к локальным ресурсам и только 20 % — к удаленным. Сегодня такая закономерность не всегда соответствует действительности, она может трансформироваться в правило 50 на 50% и даже 20 на 80% (например, большая часть обращений направлена к ресурсам Интернета или к централизованным серверам предприятия). Тем не менее, в любом случае внутрисегментный трафик существует. Если его нет, значит, сеть разбита на логические сегменты неверно.

Повышение гибкости сети.При построении сети как совокупности сегментов каждый из них может быть адаптирован к специфическим потребностям рабочей группы или отдела. Например, в одном сегменте может использоваться технология Ethernet и ОС Unix, в другом — Token Ring и OS-400. Вместе с тем, у пользователей обоих сегментов есть возможность обмениваться данными через мосты/ коммутаторы. Процесс разбиения сети на логические сегменты можно рассматривать и в обратном направлении, как процесс создания большой сети из уже имеющихся небольших сетей.

Повышение безопасности данных.Устанавливая различные логические фильтры на мостах/коммутаторах, можно контролировать доступ пользователей к ресурсам других сегментов, чего не позволяют делать повторители.

Повышение управляемости сети.Побочным эффектом снижения трафика и повышения безопасности данных является упрощение управления сетью. Проблемы очень часто локализуются внутри сегмента. Сегменты образуют логические домены управления сетью.

Как уже не раз отмечалось, сеть можно разделить на логические сегменты с помощью устройств двух типов — мостов и коммутаторов. Сразу после появления коммутаторов в начале 90-х годов отделы маркетинга компаний, которые первые начали производить эти новые устройства, пытались создать у производителей впечатление, что мост и коммутатор — это принципиально разные устройства, что совершенно неверно.

Мост и коммутатор – функциональные близнецы.

Мост(bridge) делит единую среду передачи на части (часто называемые логическими сегментами),передавая информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача действительно необходима, то есть если адрес компьютера назначения принадлежит другому сегменту. Тем самым мост изолирует трафик одного сегмента от трафика другого, повышая общую производительность сети. Локализация трафика не только экономит пропускную способность, но и снижает возможность несанкционированного доступа к данным.

Коммутатор(switch) функционально подобен мосту и отличается от моста в основном более высокой производительностью. Каждый интерфейс коммутатора оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок. Можно сказать, что коммутаторы — это усовершенствованные мосты, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме. Когда стало экономически оправданно использовать отдельные специализированные процессоры на каждом порту коммуникационного устройства, коммутаторы локальных сетей полностью вытеснили мосты.

Оба эти устройства продвигают кадры на основании одного и того же алгоритма, а именно алгоритма прозрачного моста,описанного в стандарте IEEE 802.1D.

Этот стандарт, разработанный задолго до появления первого коммутатора, описывал работу моста, поэтому совершенно естественно, что в его названии и содержании используется термин «мост». Некоторая путаница возникла, когда на свет появились первые модели коммутаторов — они выполняли тот же алгоритм продвижения кадров, описанный в стандарте IEEE 802.1D, который был с десяток лет отработан мостами. И хотя мосты, для которых алгоритм был разработан, сегодня уже относятся к «вымершему» виду коммуникационных устройств, в стандартах, описывающих работу коммутатора, следуя традиции, используют термин «мост». Мы же не будем столь консервативными, и при описании алгоритмов 802.1D будем позволять себе иногда использовать термин «коммутатор», кроме тех случаев, когда речь пойдет об официальном названии стандарта или когда необходимо будет подчеркнуть разницу между двумя типами устройств.

Статьи к прочтению:

Собеседник 4К. Магжан Ауэзов Forte Bank и Александр Комаров Beeline Казахстан

Похожие статьи: