Стирание границ между маршрутизацией и коммутацией

На наших глазах совершается переход к коммутируемым сетям. Однако, совершенно ясно, что и коммутация, и маршрутизация являются необходимыми элементами логичного сетевого плана, а с появлением коммутаторов уровня 3 основной проблемой стало поддержание производительности при пересечении границ сети.

Что если полностью устранить разницу в производительности и стоимости между коммутацией уровня 2 и обычной маршрутизацией? Тогда сетевые администраторы смогли бы гибко разворачивать такие решения на необходимых участках сетевой топологии.

Фактически, все это возможно уже сегодня, при помощи сетевых устройств нового класса, - маршрутизирующих коммутаторов.

Обзор современного сетевого пейзажа

Для того, чтобы полностью осознать все перспективные преимущества технологии маршрутизирующей коммутации, нам необходимо сначала понять, что сегодня происходит с сетями. Количество пользователей стремительно растет. Пользователи избавляются от устаревающих текстовых приложений, отдавая предпочтение web-интерфейсу. А завтра эти же пользователи будут работать с аудио, видео, push-технологией, и другими, абсолютно новыми приложениями, основанными на новых технологиях, таких как IP Multicast и RSVP. Хотя, чтобы удовлетворить наиболее насущные потребности, и было возможно до последнего предела использовать традиционные технологии маршрутизации и бриджинга, непохоже, чтобы они нашли себе применение в будущем. Не работает и старое правило 80/20, по которому 80 процентов трафика - это общение с локальным сервером, а 20 - определяются сообщающимися подсетями. Существующие сети не оптимизировались для таких непредсказуемых потоков трафика, когда каждый общается с каждым. Хотя коммутация ЛВС уровня 2 расширила доступную подсетям полосу пропускания, дело уже не только в ней. Растущий объем трафика между подсетями (см. табл. 1) увеличивает нагрузку на маршрутизаторы. А с доступностью каналов Gigabit Ethernet эта проблема очень скоро обострится еще больше.

Таблица 1: Статистические данные по одной из американских компаний,
входящей в список 100 крупнейших фирм журнала Fortune

Короче говоря, существует огромный, и все время увеличивающийся разрыв между существующими маршрутизаторами и коммутаторами (Рис. 1). Немало решений было предложено для решения проблемы производительности коммутаторов. Соглашаясь с необходимостью коммутации, эти предложения различаются в том, что делать с маршрутизацией. Выделяются два фундаментальных направления: Избегать маршрутизации Увеличить производительность маршрутизатора		Рис. 1. Производительность форвардинга пакетов, или коммутаторы против маршрутизаторов

Избегать маршрутизации

За последние годы основные усилия были сосредоточены в первом направлении: избегать маршрутизации. Эта стратегия обычно подразумевает концепцию "один раз маршрутизируем, остальные - коммутируем", или выражается в попытках вообще избежать маршрутизации и реализовать абсолютно плоскую сеть. Много сил и времени было затрачено в этом направлении, свидетельством чему являются новые протоколы и технологии, такие как IP Switching фирмы Ipsilon, FastIP (3Com) и SecureFast Virtual Networking (Cabletron). Однако, при рассмотрении всех попыток реализации сети без маршрутизации, вспоминается поговорка о бесплатном сыре.

Стандартные коммутаторы уровня 2 обладают определенными ограничениями, не позволяющими создавать большие плоские сети. Самое важное то, что стандартные коммутаторы не могут работать с всеадресным трафиком, не разбивая сеть на физические или логические участки (ВЛВС). Следовательно, любой план ликвидации маршрутизаторов должен использовать модифицированные коммутаторы уровня 2. Теперь становится ясно, что при любой стратегии, будь то "один раз маршрутизируем, остальные - коммутируем" или плоская сеть, невозможно построить крупную масштабируемую сеть, не наделяя коммутатор новыми функциями. Т.е. любой план избежания маршрутизации приводит к следующему:

	В сеть водятся новые протоколы и/или компоненты
	Продвигаются новые технологии или предлагается очень ограниченная поддержка небольшого числа производителей
	Для достижения желаемого результата требуются значительные изменения сети

Увеличить производительность маршрутизатора

Все эти сложности и трудности привели к тому, что многие стали задаваться вопросом, а не решить ли нам эту проблему вместо того, чтобы пытаться обойти ее? Разве невозможно создать маршрутизатор, который работал бы со скоростью коммутатора? Раньше ответ был положительным, и на то имелись веские причины. Но с тех пор многое изменилось, и имеет смысл вплотную подойти к решению вопроса.

Решение: маршрутизирующий коммутатор

Решением проблемы является реализация стандартных функций маршрутизатора с использованием технологии реализации коммутатора. В результате появился новый класс продуктов - маршрутизирующий коммутатор. Маршрутизирующий коммутатор позволяет при маршрутизации достичь уровня производительности и стоимости, прежде доступных только коммутаторам уровня 2. Далее, маршрутизирующий коммутатор обеспечивает интегрированную обработку уровней 2 и 3, позволяя сетевым администраторам гибко разворачивать маршрутизацию и коммутацию по мере необходимости, используя одно устройство. И наконец, используя маршрутизирующие коммутаторы, сетевой администратор может построить полностью коммутируемую высокопроизводительную сеть, сохранив существующую конфигурацию оконечных подсетей.

Революция в производительности

Отказываясь от процессорной реализации традиционных маршрутизаторов, можно достичь новых уровней производительности и стоимости. Концепция проста: использовать коммутацию только для тех протоколов, которым необходима оптимизация производительности маршрутизации, и полностью интегрировать высокопроизводительную маршрутизацию в коммутационную структуру (switch fabric). Если все сделано правильно, то производительность коммутации и маршрутизации становится одинаковой. Ниже можно увидеть конкретный пример: в таблице 2 сравниваются типичный маршрутизатор, типичный коммутатор и новый маршрутизирующий коммутатор Nortel Networks - Accelar™ 1200.

Так же как и традиционный маршрутизатор, который не может обеспечить IP (IPX)-производительность на уровне маршрутизирующих коммутаторов, маршрутизирующие коммутаторы Accelar не маршрутизируют все протоколы. Скорее это высокопроизводительные, многофункциональные коммутаторы, которые очень гибко производят коммутацию или IP (IPX)-маршрутизацию. Использование маршрутизирующих коммутаторов вместо коммутаторов уровня 2 при создании сети позволяет решить две проблемы: а) они обладают достаточной емкостью для агрегирования больших коммутируемых сетей; б) они разгружают существующий магистральный маршрутизатор и предлагают гораздо большую пропускную способность.

Фактически, маршрутизирующие коммутаторы позволяют создать внутри существующей сети высокопроизводительную интрасеть.

Как показано на Рис. 2, маршрутизирующий коммутатор может первоначально устанавливаться как очень мощный коммутатор уровня 2, хотя, в отличие от оного, первый дает полную гибкость, активизируя IP (IPX)-маршрутизацию.

Таблица 2. Сравнение производительности различных технологий

Преимущества

Устранение ухудшения производительности, ассоциировавшегося ранее с трафиком уровня 3, значительно упрощает сетевое планирование и дает неоспоримые преимущества сетевым администраторам (табл. 3).

Упрощение сетевого планирования

Широко распространенной практикой при планировании сети является стремление избежать маршрутизируемых участков вследствие большой латентности. Например, локальные серверы часто включаются с этой целью в ту же подсеть, что и первичные клиенты. Однако, когда сервер расположен в центре данных, а не в рабочей группе, требуется дополнительный маршрутизатор и riser-каналы. При использовании маршрутизирующих коммутаторов нет необходимости избегать маршрутизируемых участков.

Поддержка новейших приложений

Для некоторых приложений недостаточно просто полосы пропускания. Мультимедийные потоки требуют определенной латентности, даже при появлении взрывного трафика в процессе прохождения потоком сети. Хорошо сконструированный маршрутизирующий коммутатор содержит очереди приоритетов, предназначенные для предоставления гарантированной латентности по всем интрасетям, не прибегая к схемам маршрутизирования cut-through. Тогда как существующие процессорные маршрутизаторы могут для таких протоколов, как RSVP предложить только программно определяемое время задержки, маршрутизирующие коммутаторы обеспечивают те же функции при временах задержки, характерных для коммутации. Например, весьма просто решается реализация IP Multicast или видео-сервера, который способен воспроизводить видео в формате MPEG-1 по всей корпоративной или кампусной сети. Полная интеграция коммутационной и маршрутизационной технологии открывает возможности, которые ранее считались прерогативой таких технологий, как АТМ.

Простота развития

Т.к. в сеть не вводятся новые протоколы, маршрутизирующие коммутаторы бесшовно интегрируются в существующую сетевую инфраструктуру. Имеет смысл, установив маршрутизирующий коммутатор в сети, вначале задействовать его просто как высокопроизводительный коммутатор уровня 2. Затем, после маршрутизационной конфигурации, он сможет увеличить IP (IPX)-производительность и снизить нагрузку на существующий сетевой маршрутизатор, продлевая его полезное существование.

Гибкая производительность

Почти все существующие маршрутизаторы и коммутаторы демонстрируют вариативную производительность, которая зависит от используемых в данный момент возможностей. Так, если разрешить создание определяемых политикой ВЛВС, производительность некоторых коммутаторов может упасть более чем на 50%. Маршрутизаторы, работающие с приоритетами, также страдают от ухудшения производительности при использовании этих возможностей.

Причина весьма проста: обычные маршрутизаторы и коммутаторы для реализации продвинутых возможностей используют ЦПУ. Но ЦПУ - это разделяемый ресурс: чем больше процессов выполняется, тем медленнее выполняется каждый из них. Высококлассная архитектура хорошо продуманных маршрутизирующих коммутаторов избавляет от этих недостатков. Например, Accelar 1200 использует распределенную архитектуру с применением заказных интегральных схем, поэтому все процессы (ВЛВС, приоритеты и т.д.) выполняются на одном и том же высокопроизводительном уровне.

Мощное интегрированное управление

Еще одним преимуществом маршрутизирующих коммутаторов является интегрированное управление. Безо всякой конфигурации маршрутизирующие коммутаторы Accelar функционируют, как коммутаторы уровня 2. Конфигурирование ВЛВС, маршрутизации или IP Multicast производится с одной консоли. Создание двух ВЛВС и установление маршрутизации между ними делается очень просто. Т.к. маршрутизация и коммутация объединены, маршрутизация между ВЛВС не требует использования портов передней панели. МАС-адрес для маршрутизатора "появляется" в ВЛВС, полностью сконфигурированной внутри коммутатора.

Таблица 3. Характеристики и преимущества маршрутизирующих коммутаторов

Чисто сетевой результат

Сетевые администраторы сталкиваются с увеличением объема IP (IPX)-трафика и потоками от каждого к каждому. Для обеспечения работоспособности критичных к выполнению и новейших приложений им необходимо увеличение производительности и управление полосой пропускания сети. Решения, основанные на существующей технологии, не решают проблемы, т.к. у коммутаторов уровня 2 отсутствует управление, а традиционные маршрутизаторы не обеспечивают необходимую производительность. Предлагались различные решения для устранения маршрутизации и развития коммутаторов уровня 2 с целью увеличения производительности, но все они требуют замены существующего оборудования и внедрения сложных, часто патентованных, протоколов.

Эту нишу заполняет новый класс устройств - маршрутизирующие коммутаторы, - реализующие IP-маршрутизацию на основе технологии коммутации для обеспечения маршрутизации со скоростью провода на любом порту (табл. 4). Маршрутизирующие коммутаторы значительно облегчают планирование сети и поддерживают новейшие приложения. Новая производительность - без новых протоколов - обеспечивает бесшовную интеграцию с существующей сетевой инфраструктурой.

Таблица 4. Определение настоящего маршрутизирующего коммутатора

Линия маршрутизирующих коммутаторов Accelar от Nortel Networks

Accelar 1200 принадлежит к новой линии маршрутизирующих коммутаторов Nortel Networks. Ведущий представитель линии, Accelar 1200 представляет из себя модульный коммутатор, который поддерживает до 96 автоматических портов Ethernet 10/100 Мбс, до 12 портов Gigabit Ethernet (или комбинацию оных). Линия Accelar включает в себя три другие гибкие конфигурации: Accelar моделей 1250, 1100 и 100, реализующих технологию маршрутизирующей коммутации во всех участках корпоративной сети. Все представители линии Accelar являются настоящими маршрутизирующими коммутаторами: они маршрутизируют и коммутируют с одной и той же скоростью по стандартным протоколам, таким как RIP и OSPF со скоростью до 7 Мпс. Маршрутизирующие коммутаторы Accelar поддерживают приоритизацию трафика, ВЛВС, интегрированные средства управления, IP (IPX) Multicast/IGMP, и многие другие функции.

Применение маршрутизирующих коммутаторов Accelar

Маршрутизирующие коммутаторы Accelar работают по всей корпорации. Мощные рабочие группы получают большую полосу пропускания Gigabit Ethernet для связи с локальными серверами, а маршрутизация со скоростью провода фактически устраняет латентность для удаленных межподсетевых сессий. Для серверов сетевого центра маршрутизирующие коммутаторы обеспечивают максимальную пропускную способность без необходимости модифицирования стеков протокола или приложений. Коммутаторы Accelar обеспечивают высокоплотный сервис 10/100 Мбс для объединения riser-каналов в магистрали здания. А для магистралей сетей типа campus, загруженных непредсказуемыми потоками трафика интрасетей, маршрутизирующие коммутаторы обеспечивают большую полосу пропускания Gigabit Ethernet, позволяя поддерживать приоритизацию трафика по политике и графическое конфигурирование ВЛВС (см. Рис. 3).

Вернуться
(C) ADP NetWorks, last update 22/11/01, webmaster, references available