О перегрузках локальной сети

Перегрузки локальной сети

К тому времени, когда коммутатор ЛВС (локальной вычислительной сети) без буферизации получит последовательность FCS, он уже начнет перенаправлять кадр и поэтому не сможет его отбросить.

В дни зарождения коммутации в ЛВС это вызывало серьезные споры относительно того, какими должны быть коммутаторы: без буферизации или с промежуточным хранением.

  1. Лагерь сторонников первого подхода указывал на чрезвычайно низкие задержки и минимальную трату пропускной способности канала в случае возникновения ошибок.
  2. Сторонники второй концепции отмечали то разорение, которое мог вызвать в сети неисправный адаптер ЛВС. Как и в большинстве связанных с сетями разногласий, результатом стал новый класс продуктов, который мог поддерживать оба режима работы, В обычных условиях эти устройства функционируют как коммутаторы без буферизации.

Однако каждый кадр в процессе его перенаправления проверяется на ошибки. Частота появления кадров с ошибками записывается. Если она выходит за установленный порог, коммутатор переходит в режим промежуточного хранения и остается в нем до тех пор, пока частота возникновения кадров с ошибками не опустится ниже заданного порога.

Некоторые из этих устройств способны проделывать такое изменение режима работы для конкретного порта. Модифицированный таким образом коммутатор без буферизации ждет, пока кадр не будет получен, чтобы определить, не является ли он кадром коллизии. Это время ожидания представляет собой время, требуемое для передачи кадра минимального размера.

Следует отметить, что любой коммутатор ЛВС, даже если он функционирует в режиме коммутации без буферизации, вынужден работать в режиме промежуточного хранения, если порт, в который требуется перенаправить кадр, в данный момент используется. Коммутаторы ЛВС имеют склонность быть особенно чувствительными к перегрузке в силу самой сути коммутатора и манере, в которой работает большинство сред ЛВС.

Вне зависимости от того, в каком из двух режимов работает коммутатор, он является высокоскоростным устройством с чрезвычайно малой задержкой (сравнимой с традиционными мостами). Поэтому условия перегрузки возникают с намного большей частотой. Это особенно справедливо, если множество конечных станций осуществляют доступ к одному и тому же целевому устройству, что является обычной ситуацией во многих ЛВС.

Рассмотрим портовый коммутатор ЛВС с 22 рабочими станциями и 2 серверами.

Если шесть пользователей одновременно загружают файлы на один из серверов, то коммутатор принимает шесть потоков данных, предназначенных для порта, к которому подключен сервер. Допуская, что все порты работают с одинаковой скоростью передачи данных и кадры имеют приблизительно равный размер, только один из шести кадров будет перенаправлен немедленно, а остальные пять будут сохранены в буфере.

Если сетевые протоколы поддерживают механизм окна для управления потоком данных (например, протокол TCP), отправители продолжают передавать кадры, даже если первый кадр не был подтвержден. Второй набор кадров будет помещен в буфер, т. к. коммутатор все еще занят перенаправлением первого цикла кадров. Если этот процесс продолжается слишком долго, буфер переполняется, и коммутатор вынужден начать отбрасывать кадры.

Существует четыре подхода к решению этой проблемы. Первый заключается в реализации коммутатора с портами, имеющими разные скорости передачи данных. Например, коммутатор Ethernet может быть оборудован двумя портами 100BaseT и 22 портами 10BaseT. Серверы подключаются к портам 100BaseT, что снижает вероятность возникновения перегрузки.

Такая архитектура, несмотря на свое распространение на рынке, является эффективной только тогда, когда точки перегрузки могут быть предсказаны наверняка. В равноправных средах любое устройство потенциально может стать точкой возникновения перегрузки. Более того, такой подход открывает двери для переполнения в противоположном направлении (если система с высокоскоростным подключением начинает отправлять поток кадров системе с менее скоростной связью).

Второй подход сводится к увеличению емкости буфера в коммутаторе ЛВС. Перегрузка имеет тенденцию быть кратковременным явлением. Если коммутатор имеет буферы достаточно большого объема, он может пережить периоды перегрузки без потери кадров. С использованием этого подхода связаны две проблемы. Первая состоит в том, что сложно предсказать, сколько памяти потребуется, чтобы выдержать любую возможную перегрузку. В обычных условиях эта дополнительная память практически не используется.

Этот подход аналогичен приобретению услуги, обеспечивающей высокую пропускную способность, только для того, чтобы справляться с трафиком глобальной сети, который только временами является интенсивным. Большую часть времени эта пропускная способность будет оборачиваться напрасными затратами. Для коммутаторов Ethernet появилась третья альтернатива — противодавление (backpressure).

Противодавление является не более, чем искусственной коллизией. Если коммутатор перегружен, он генерирует преднамеренную помеху, когда принимает очередную передачу. Это обманывает передающий адаптер ЛВС, который считает, что возникла коллизия. Этот адаптер ЛВС останавливается, ждет и снова повторяет передачу через несколько миллисекунд. Это дает коммутатору время перенаправить некоторое количество кадров из переполненного буфера.

Прозрачная маршрутизация

Современные ЛВС, как правило, являются широковещательными средами. Это, безусловно, справедливо для сетей Ethernet и Token Ring. В этих системах каждый адаптер ЛВС принимает все, что передают остальные адаптеры ЛВС, подключенные к одной с ним локальной сети. Следствием широковещательной среды является требование последовательной передачи. Адаптеры ЛВС должны поочередно использовать среду передачи.

Необходимость последовательного доступа приводит к возникновению проблемы задержки в получении доступа. По мере того как все больше адаптеров ЛВС нуждаются в осуществлении передачи, они будут вынуждены ждать, пока другие сеансы передачи не будут завершены. Чем больше общая нагрузка на сеть, тем больше шанс, что кадр будет вынужден ждать в очереди в адаптере ЛВС, пока сеть не станет доступной.

С ростом ЛВС (количества подключенных устройств или увеличением общей загрузки) эта задержка доступа может стать неприемлемой. Пользователи начнут замечать существование проблем с производительностью ЛВС.

Изучение человеческого общения внутри компании, которая состоит из множества отделов, показало, что большая часть обмена информацией происходит внутри подразделений.

Эта тенденция справедлива для служебных записок, личных и телефонных разговоров. Это также справедливо и для взаимодействия компьютеров. Если компания имеет одну ЛВС, то анализ взаимодействующих партнеров с большой вероятностью покажет, что большая часть обмена данными осуществляется внутри рабочих групп или отделов.

Особенно это справедливо, когда каждый отдел имеет свой сервер и локальный контроль над ним с файлами и приложениями. Эта склонность систем к взаимодействию в рамках групп показала способ улучшения производительности ЛВС — разбиение ЛВС на отделы (или рабочие группы). Необходимо ввести устройство, которое будет управлять трафиком между различными ЛВС.

Его работа заключается в мониторинге всего трафика ЛВС с тем, чтобы только сообщениям, предназначенным для других отделов, было позволено перемещаться между различными ЛВС в сети. Это является задачей моста. Этот тип моста является чрезвычайно динамичным. После того как он установлен и сконфигурирован, мост начинает изучение подключенных к нему ЛВС и сбор информации, касающейся местонахождения разных адаптеров ЛВС в сети. Работа моста относительно проста.

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (79 оценок, среднее: 4,81 из 5)
Загрузка...