Телевизоры. Приставки. Проекторы и аксессуары. Технологии. Цифровое ТВ

Локальные сети будущего и будущее локальных сетей. Сетевые технологии: тенденции и перспективы развития

Электроника лежит в основе практически всей коммуникации. Все началось с изобретения телеграфа в 1845 году, за ним в 1876 году последовал телефон. Связь постоянно совершенствовалась, а прогресс в электронике, который произошел совсем недавно, заложил новый этап в развитие коммуникаций. Сегодня беспроводная связь вышла на новый уровень и уверенно заняла доминирующую часть рынка связи. И ожидается новый рост сектора беспроводной коммуникации благодаря развивающейся сотовой инфраструктуре, а также современным технологиям, таким как . В данной статье мы рассмотрим наиболее перспективные технологии на ближайшее время.

Состояние 4G

4G в переводе с английского означает долговременную эволюцию (Long Term Evolution (LTE). LTE – это технология OFDM, которая на сегодняшний день является доминирующей структурой сотовой системы связи. Системы 2G и 3G все еще существуют, хотя внедрение 4G началась в 2011 – 2012 годах. Сегодня LTE в основном реализуется крупнейшими операторами в США, Азии и Европе. Его развертывание еще не завершено. LTE получила огромную популярность у владельцев смартфонов, так как высокая скорость передачи данных открыла такие возможности, как потоковая передача видео для эффективного просмотра фильмов. Тем не менее, все не так идеально.

Хотя LTE обещал скорость загрузки до 100 Мбит / с, это не было достигнуто на практике. Скорости до 40 или 50 Мбит / с могут быть достигнуты, но только при особых условиях. При минимальном количестве подключений и минимальном траффике такие скорости очень редко могут достигаться. Наиболее вероятные скорости передачи данных находятся в диапазонах 10 – 15 Мбит / с. В пиковые часы скорость проседает до нескольких Мбит / с. Конечно, это не делает реализацию 4G провальной затеей, это означает, что пока его потенциал реализован не полностью.

Одной из причин, почему 4G не обеспечивает заявленную скорость – слишком большое количество потребителей. При слишком интенсивном его использовании скорость передачи данных существенно снижается.

Однако, существует надежда, что это удастся исправить. Большинство операторов, предоставляющих услуги 4G, еще не реализовали технологию LTE-Advanced, усовершенствование, которое обещает повысить скорость передачи информации. LTE-Advanced использует «объединение несущих» (carrier aggregation (CA)) для увеличения скорости. «Объединение несущих» подразумевает объединение стандартной полосы пропускания LTE до 20 МГц в 40 МГц, 80 МГц или 100 МГц части, для повышения пропускной способности. LTE-Advanced также имеет конфигурацию MIMO 8 x 8. Поддержка этой функции открывает потенциал для увеличения скорости обмена данными до 1 Гбит/с.

LTE-CA известно еще как LTE-Advanced Pro или 4.5G LTE. Эти сочетания технологий определенны группой разработки стандартов 3GPP в версии 13. Она включает в себя агрегацию операторов, а также лицензионный доступ с поддержкой (LAA), метод, который использует LTE в нелицензированном Wi-Fi-спектре 5 ГГц. Он также развертывает агрегацию каналов LTE-Wi-Fi (LWA) и двойное подключение, позволяя смартфону «разговаривать» одновременно с узлом небольшой точки доступа, и точкой доступа Wi-Fi. В данной реализации слишком много деталей, которые мы не будем рассматривать, но общая цель — продлить срок службы LTE за счет снижения задержки и увеличения скорости передачи данных до 1 Гбит / с.

Но это не все. LTE сможет обеспечить более высокую производительность, так как операторы начинают упрощать свою стратегию небольшими ячейками, обеспечивая более высокую скорость передачи данных для большего числа абонентов. Маленькие ячейки — это просто миниатюрные сотовые базовые станции, которые могут быть установлены где угодно для заполнения пробелов охвата макроячейки, добавляя, где это необходимо, производительность.

Еще одним способом повышения производительности является использование Wi-Fi. Этот метод обеспечивает быструю загрузку в ближайшую точку доступа Wi-Fi, когда она доступна. Лишь несколько операторов сделали это доступным, но большинство из них рассматривают усовершенствование LTE под названием LTE-U (U для нелицензионного (unlicensed)). Это метод, аналогичный LAA, который использует нелицензированный диапазон 5 ГГц для быстрой загрузки, когда сеть не может справиться с нагрузкой. Это создает конфликт спектра с последней , которая использует диапазон 5 ГГц. Для реализации этого были разработаны определенные компромиссы.

Как мы видим, потенциал 4G все еще не раскрыт до конца. В ближайшие годы будут внедрены все или большинство из перечисленных усовершенствований. Стоит отметить и то, что производители смартфонов также внесут изменение в аппаратное или программное обеспечения для усовершенствования работы LTE. Данные улучшение, скорее всего, произойдут тогда, когда начнется массовое внедрение стандарта 5G.

Открытие 5G

Как такового 5G пока нет. Так, что громкие заявление об «абсолютно новом стандарте способном изменить подход к беспроводной передаче информации» пока рано. Хотя, некоторые поставщики интернет услуг уже начинают споры, кто же первым внедрит стандарт 5G. Но стоит вспомнить спор недавних лет о 4G. Ведь реального 4G (LTE-A) еще нет. Тем не менее, работа над 5G идет полным ходом.

«Проект партнерства третьего поколения» (3GPP) работает над стандартом 5G, который, как ожидается, будет внедрен в ближайшие годы. Международный союз электросвязи (ITU), который будет «благословлять» и администрировать стандарт, заявляет, что окончательно 5G должен стать доступен к 2020 году. Тем не менее, некоторые ранние версии стандарта 5G все же будут появляться в конкурентной борьбе провайдеров. Некоторые требования 5G появятся уже в 2017 – 2018 годах в той или иной формах. Полное внедрение 5G будет задачей далеко не из легких. Такая система будет одной из самых сложных, если не самой сложной, из беспроводных сетей. Полное ее развертывание ожидается к 2022 году.

Основанием внедрения 5G является преодоление ограничений 4G и добавление возможностей для новых приложений. Ограничения 4G — это в основном пропускная способность абонента и ограниченные скорости передачи данных. Сети сотовой связи уже перешли от голосовых технологий к центрам данных, но необходимы дальнейшие улучшения производительности в будущем.

Более того, ожидается бум новых приложений. К ним относят видео HD 4K, виртуальную реальность, интернет вещей (IoT), а также использование структуры «машина-машина» (М2М). Многие по-прежнему прогнозируют от 20 до 50 миллиардов устройств онлайн, многие из которых будут подключаться к сети интернет через сотовую связь. В то время, как большинство устройств IoT и M2M работают на низких скоростях передачи данных, то для работы с потоковыми данными (видео) необходима высокая скорость интернет. Другими потенциальными приложениями, которые будут использовать стандарт 5G, могут стать умные города и средства связи для обеспечения безопасности автомобильного транспорта.

5G, вероятно, будет более революционным, чем эволюционным. Это будет связано с созданием новой сетевой архитектуры, которая будет накладываться на сеть 4G. Новая сеть будет использовать распределенные мелкие ячейки с волоконным или миллиметровым обратным каналом, а также будет экономной, энергонезависимой и легко масштабируемой. Кроме того, в сетях 5G будет больше программного, чем аппаратного обеспечения. Также будет использоваться программная сеть (SDN), виртуализацию сетевых функций (NFV), методы самоорганизующейся сети (SON).

Также имеется еще несколько ключевых особенностей:

  • Использование миллиметровых волн. В первых версиях 5G могут использоваться полосы в 3,5 ГГц и 5 ГГц. Также рассматриваются варианты частот от 14 ГГц до 79 ГГц. Окончательный вариант пока выбран не был, однако FCC заявляет, что выбор буден сделан в ближайшее время. Тестирование ведется на частотах 24, 28, 37 и 73 ГГц.
  • Рассматриваются новые схемы модуляции. Большинство из них – это некоторые вариант OFDM. Две или более схем могут быть определены в стандарте для различных приложений.
  • Несколько входов с несколькими выходами (MIMO) будут включены в некоторую форму для расширения диапазона, скорости передачи данных и надежности связи.
  • Антенны будут иметь фазированные решетки с адаптивным формированием луча и управлением.
  • Более низкая латентность — главная цель. Менее 5 мс задано, но менее 1 мс является целью.
  • Скорости передачи данных от 1 Гбит / с до 10 Гбит / с ожидаются в полосах пропускания 500 МГц или 1 ГГц.
  • Микросхемы будут изготавливаться из арсенида галлия, кремния-германия и некоторых КМОП.

Одной из самых больших проблем во внедрении 5G ожидается интеграция данного стандарта в мобильные телефоны. В современных смартфонах и так полным-полно различных передатчиков и приемников, а с 5G они станут еще сложнее. Нужна ли такая интеграция?

Путь развития Wi-Fi

Наряду с сотовой связью находится одна из наиболее популярных беспроводных сетей – Wi-Fi. Как и , Wi-Fi является одной из наших любимых «утилит». Мы рассчитываем на подключение к сети Wi-Fi практически в любом месте, и в большинстве случаев мы получаем доступ. Как и большинство популярных беспроводных технологий, он постоянно находится в стадии разработки. Последняя выпущенная версия называется 802.11ac и обеспечивает скорость до 1,3 Гбит / с в нелицензированной полосе частот 5 ГГц. Также идет поиск приложений для стандарта 802.11ad со сверхвысокой частотой 60 ГГц (57-64 ГГц). Это проверенная и экономически эффективная технология, но кому нужны скорости от 3 до 7 Гбит / с на расстоянии до 10 метров?

На данный момент существует несколько проектов развития стандарта 802.11. Вот несколько из основных:

  • 11af — это версия Wi-Fi в белых полосах телевизионного диапазона (54 до 695 МГц). Данные передаются в локальных полосах пропускания 6- (или 8) МГц, которые не заняты. Возможна скорость передачи данных до 26 Мбит/с. Иногда его называют White-Fi, а главная привлекательность 11af заключается в том, что возможный радиус действия на низких частотах составляет много километров и отсутствие прямой видимости (NLOS) (работа только на открытых площадях). Эта версия Wi-Fi еще не используется, но имеет потенциал для приложений IoT.
  • 11ah — обозначенный как HaLow, является еще одним вариантом Wi-Fi, который использует нелицензированный диапазон ISM 902-928 МГц. Это маломощная низкоскоростная (сотни кбит / с) служба с дальностью до километра. Целью является применение в IoT.
  • 11ax — 11ax — это обновление до 11ac. Его можно использовать в диапазонах 2,4 и 5 ГГц, но, скорее всего, он будет работать в полосе частот 5 ГГц исключительно для использования полосы пропускания 80 или 160 МГц. Ожидается, что наряду с 4 x 4 MIMO и OFDA / OFDMA, ожидается пиковая скорость передачи данных до 10 Гбит / с. Окончательной ратификации не будет до 2019 года, хотя предварительные версии, вероятно, будут полными.
  • 11ay — это расширение стандарта 11ad. Он будет использовать полосу частот 60 ГГц, а целью является, по меньшей мере, скорость передачи данных 20 Гбит / с. Еще одна цель — расширить дальность до 100 метров, чтобы иметь больше приложений, таких как обратный трафик для других услуг. Выход этого стандарта не ожидается в 2017 году.

Беспроводные сети для IoT и М2М

Беспроводная связь, безусловно, является будущим интернет вещей (IoT) и межмашинных связей (Machine-to-Machine, M2M). Хотя проводные решения тоже не исключаются, но стремление к беспроводной связи все же является предпочтительней.

Типичным для устройств интернет вещей является небольшое расстояние действия, малая потребляемая мощность, небольшая скорость обмена данными, питания от аккумулятора или батареи с датчиком, как показано на рисунке ниже:

Альтернативой может стать какой-то удаленный исполнительный механизм, как показано на рисунке ниже:

Или же возможна комбинация этих двух устройств. Оба, как правило, подключаются к интернету через беспроводной шлюз, но также могут подключаться и через смартфон. Соединение со шлюзом также беспроводное. Вопрос в другом, какой беспроводной стандарт будет использоваться?

Очевидным выбором становится Wi-Fi, так как трудно представить себе место, где его нет. Но для некоторых приложений он будет излишен, а для некоторых слишком энергоемок. Bluetooth – еще один неплохой вариант, особенно его версия с низким энергопотреблением (BLE). Новые дополнения к сети и шлюзу Bluetooth делают его еще более привлекательным. ZigBee — еще одна готовая и ожидающая альтернатива, и не забываем о Z-Wave. Так же есть несколько вариантов 802.15.4, например 6LoWPAN.

Добавьте к ним новейшие варианты, являющиеся частью энергоэффективных сетей дальнего радиуса действия (Low Power Wide Area Networks (LPWAN)). Эти новые беспроводные варианты предлагают сетевые соединения большей дальности, что обычно невозможно при использовании традиционных технологий, упомянутых выше. Большинство из них работают в нелицензируемом спектре ниже 1 ГГц. Некоторые из новейших конкурентов для приложений IoT:

  • LoRa — изобретение Semtech и поддерживается Link Labs. Эта технология использует линейную частотную модуляцию (ЛЧМ) при низкой скорости передачи данных, чтобы получить диапазон до 2-15 км.
  • Sigfox — французская разработка, использующая ультра узкополосную схему модуляции при низкой скорости передачи данных для отправки коротких сообщений.
  • Weightless – использует телевизионные белые пространства с методами когнитивного радио для более длинных диапазонов и скорости передачи данных до 16 Мбит / с.
  • Nwave — это похоже на Sigfox, но на данный момент нам не удалось собрать достаточно информации.
  • Ingenu — в отличие от других, этот использует диапазон 2,4 ГГц и уникальную схему множественного доступа с произвольной фазой.
  • Halow — это 802.11ah Wi-Fi, описан выше.
  • White-Fi — это 802.11af, описан выше.

Cellular определенно является альтернативой IoT, поскольку является основой межмашинных связей (М2М) уже более 10 лет. Межмашинные связи используют в основном 2G и 3G беспроводные модули для мониторинга удаленных машин. В то время, как 2G (GSM) в конечном счете будет постепенно сокращаться, 3G все еще будет «жить».

Теперь доступен новый стандарт: LTE. В частности, он называется LTE-M и использует сокращенную версию LTE в полосе пропускания 1,4 МГц. Другая версия NB-LTE-M использует полосу пропускания 200 кГц для работы с более низкой скоростью. Все эти варианты смогут использовать существующие сети LTE с обновленным программным обеспечением. Модули и чипы для LTE-M уже доступны, как и на устройствах Sequans Communications.

Одна из самых больших проблем интернет вещей – отсутствие единого стандарта. И в ближайшее время, скорее всего, он не появится. Возможно, в будущем, появится несколько стандартов, только как скоро?

По наиболее широко обсуждаемым вопросам индустрии информационных технологий (ИТ): Gigabit Ethernet против ATM, Windows NT против всех остальных, интрасети и т. д. В беседе приняли участие: Дэниел Бриер и Кристин Хекарт, соответственно президент и директор компании TeleChoice; Скотт Брэднер, консультант по информационным технологиям из Гарвардского Университета; Том Нолл, президент корпорации CIMI; Марк Гиббс, президент Gibbs & Co.; Дэйв Кернс, независимый журналист и консультант из г. Остин, шт. Техас.

NW: Многие читатели испытывают затруднения, выбирая стратегию построения магистрали локальной сети (ЛС). Gigabit Ethernet, ATM, Fast Ethernet, IP-коммутация - технологий хватает, но неясно, каково основное направление развития в этой области. Какие аспекты должны учитывать сетевые администраторы, планируя сеть следующего поколения?

Нолл: Ключевым вопросом является возможность наращивания. Лучшей технологией построения магистрали будет та, которую можно интегрировать с существующими сетями без больших затрат времени и средств. Это означает, что и ATM, и Gigabit Ethernet найдут применение, если будут стоить примерно одинаково. Борьба с затратами становится главной задачей.

Гиббс: Основной вопрос состоит в том, можете ли вы себе это позволить? Всем крупным реализациям должны предшествовать пилотные проекты. В ближайшие шесть месяцев ключевые аспекты новой эры технологий высокоскоростных магистралей должны принять более отчетливые формы. Мы узнаем, какие стандарты будут утверждены, какие производители окажутся стабильными и насколько проблематичны эти технологии с точки зрения внедрения и последующего обслуживания.

Хекарт: Принимая решение в данной области, нужно рассматривать лишь три основных вопроса: цена, производительность и долговечность. Проблема состоит в том, что, рассуждая об этих вещах, аналитики оперируют абсолютными значениями, а сетевые администраторы - нет. Все зависит от того, какова конкретная сетевая среда, какие используются приложения, какие стоят задачи, какой выделен бюджет и т. д.

То, что достаточно хорошо подходит одной компании (или даже группе пользователей), не выдерживает никакой критики по отношению к другой. Требуется определить, что значит "достаточно хорошо подходит", а затем реализовать решение - достаточно дешевое, обеспечивающее достаточно высокую производительность и способное служить достаточно долго, чтобы решать задачи сегодняшнего и обозримого будущего. Проблемы, с которыми сталкиваются многие пользователи, вызваны их попытками определить, что является лучшим. Но "лучшее" меняется каждую неделю и не может быть реализовано, поскольку к тому моменту, когда это произойдет, оно уже не будет лучшим.

Бриер: Слишком многие менеджеры пытаются найти однородные решения, в то время как лучший результат обычно обеспечивает сочетание разных технологий. Во многих компаниях можно встретить комбинацию ATM, Fast Ethernet и Ethernet (или какую-то другую), поскольку разные офисы и группы пользователей имеют разные потребности. Главное, чтобы выбор решения основывался на реальных потребностях, а не на попытке воплотить новейшие и лучшие технологии.

Кернс: Подавляющее большинство существующих сетевых соединений выполнено по технологии Ethernet, и в будущем это сохранится. В настоящее время нет достаточно веских оснований переходить на другую технологию организации магистралей. Десять мегабит для подключения настольных систем и 100 Мбит/с для магистральных соединений продолжают "работать" (и неплохо) в большинстве существующих сетей. Планирование перехода на Gigabit Ethernet для магистралей и 100 Мбит/c для главных участков сети (а со временем - для настольных систем), похоже, является вполне резонным.

Фокус состоит в том, что пропускная способность сети далеко не всегда является "узким местом". Производительность серверов, маршрутизаторов, коммутаторов, дисковых каналов, скорость шины, объемы буферов и еще пять-шесть других вещей требуют не менее пристального внимания. Слишком "жирные" каналы просто бесполезно расходуют ресурсы.

Брэднер: Я бы сказал, что самая большая проблема проектировщиков сетей - сочетание у их руководителей частичной осведомленности и полной убежденности в своей правоте. Слишком много решений по направлениям развития корпоративных сетей было принято на основе общих соображений, а не анализа реальных потребностей существующего сетевого сообщества. Кто-то из руководства прочитал в отчете одной из крупных консалтинговых компаний, что "ответом является ATM" (а какой, собственно, был вопрос?), и принял соответствующее решение. В действительности же следовало выполнить технический анализ конкретных сетевых потребностей и заниматься проектированием в соответствии с результатами такого анализа. Многие технологии являются перспективными, поскольку все сети разные.

NW: ATM против Gigabit Ethernet - реальное соперничество или нонсенс?

Нолл: В действительности, это соперничество различных парадигм планирования сети, которое часто представляют как соперничество технологий. Парадигма Gigabit Ethernet гласит: "Вкладывай деньги в полосу пропускания, а не в управление ею, поскольку она стоит достаточно дешево, чтобы с избытком покрыть потребности твоей сети". А парадигма ATM состоит в следующем: "Управлять полосой пропускания очень важно; пропускную способность нельзя "пускать на самотек", поэтому вам нужна сетевая архитектура, которая позволит ее контролировать". Возможно, решающим фактором окажется цена, однако покупателей сильно привлекает простота подхода, обеспечиваемого Gigabit Ethernet. Проблема состоит в том, что мы бы хотели, чтобы данное соперничество происходило на уровне технических возможностей, а на деле получается совсем по-другому.

Гиббс: Это соперничество вызвано тем, что в предшествующие технологии были вложены громадные средства. Если нынешние технологии оказываются намного более простыми и дешевыми, то переход на них сулит производителям солидные заработки. Производители продуктов ATM не хотят, чтобы вложенные в данную технологию деньги оказались потраченными зря, и постараются "забросать камнями" производителей продуктов Gigabit Ethernet.

Хекарт: Абсурдность этого и других связанных с ATM вопросов состоит в том, что высказывания, способные быть воспринятыми только сетевой элитой, начинают муссироваться широкой публикой. На самом деле, это вопрос для ограниченного контингента. Тем не менее Gigabit Ethernet имеет более устойчивую почву, большее число сторонников, лучшие каналы поставки и практически все необходимое, чтобы выиграть в войне. ATM располагает более проворной армией, вооруженной более изощренным оружием, - но побеждают обычно численность и правильное позиционирование.

Для любого покупателя, которому не нужны обеспечиваемые ATM дополнительные возможности - например, гарантированное качество сервиса (QoS), - простейшее решение состоит в выборе технологии, достаточно удобной и позволяющей решать существующие проблемы. Безграничная пропускная способность решает хоть и не все, но очень многие сетевые проблемы, а Gigabit Ethernet для большинства сетевых сред предоставляет именно безграничную полосу пропускания.

Бриер: Это классический пример соперничества элегантного подхода с устоявшимися взглядами. Чтобы выиграть войну, достаточно выиграть большинство сражений. На базе ATM реализовано множество проектов - от сетей телекоммуникационных компаний до корпоративных и домашних офисов. Операторы связи, такие как Ameritech, PacBell, SBC и BellSouth, уже поняли, что технология ATM может оказаться весьма перспективной для корпоративных и домашних офисов. Теперь вопрос состоит в том, насколько далеко проникнет эта технология в домашние и офисные сети. Если вы используете дома ATM для подключения пяти устройств, то не является ли это домашней локальной сетью? Возможно. Поэтому ATM получит большее распространение, чем многие думают.

Кернс: Это соперничество реально лишь с точки зрения маркетинга, однако если не обращать внимания на рекламу, ответ окажется очевидным. Gigabit Ethernet станет доминирующей технологией по той же причине, по которой 10 Мбит/c Ethernet победил Token Ring, а 100 Мбит/c Ethernet - FDDI. Все больше сетевых администраторов понимают преимущества Ethernet и, используя его, чувствуют себя более комфортно.

Брэднер: Соперничество рассматриваемых технологий существует в области кампусных магистральных сетей. Нетрудно понять, что Gigabit Ethernet позволит легче и с меньшими затратами (по сравнению с ATM) удовлетворить большинство (если не все) текущих потребностей кампусных магистралей. Единственное сомнение вызывает QoS. Однако в сегодняшних кампусных сетях возможности QoS используются крайне редко. Это связано с тем, что имеющиеся приложения, а также сети Ethernet и Token Ring, к которым подключены практически все настольные системы, не поддерживают функций QoS.

В области территориально-распределенных сетей (WAN) никакого соперничества нет. Gigabit Ethernet не поддерживает дальних соединений (максимум 3 км) и требует выделенной оптоволоконной линии. Я также сомневаюсь в возможности активного соперничества в области магистральных сетей зданий, где Fast Ethernet и Gigabit Ethernet способны полностью вытеснить ATM.

NW: Многие сейчас толкуют о сетевых вычислениях (network-centric computing), утверждая, что мы движемся от сильно нагруженных приложениями настольных компьютеров к более "тонким" клиентам, на которых будут выполняться аплеты Java и ActiveX. Стоит ли в это верить?

Нолл: Чепуха! Ни что иное, как еще одна попытка воскресить старую идею бездисковых рабочих станций, что означает замену "тупых" терминалов "полутупыми" сетевыми компьютерами и вытеснение "умных" ПК.

Гиббс: В принципе, все верно, но с этим связан ряд проблем. Переход к "тонким" клиентам достаточно сложен, и пройдет немало времени, прежде чем ведущие производители ПО предпримут серьезные шаги по переносу своих продуктов на новые платформы. Идея сетевого компьютера хороша, но не хватает практицизма: пользователи не смогут отказаться от применяемых ПК меньше чем за три года, а к этому времени созреет уже следующее поколение приложений для настольных компьютеров.

Не все проблемы связаны с использованием "жирных" приложений. Для сетевых компьютеров потребуется большая пропускная способность сети, чем для современных приложений; кроме того, сильно возрастут требования к производительности серверов и объему их дисковой памяти. И конечно - защита, защита и защита. Пока не совсем понятно, какой уровень защиты смогут обеспечить аплеты Java и ActiveX, хотя похоже, что последние выглядят в данном отношении значительно менее убедительно.

Хекарт: Я бы скорее сказала, что в этом есть доля правды. Все знают, что проблема, которую пытаются решить с помощью сетевых компьютеров, действительно существует. Мы устали устанавливать новые программы и обнаруживать, что они съедают последние дюймы дискового пространства нашего компьютера, который еще год назад считался последним достижением техники (особенно обидно, если 90% функциональных возможностей, заложенных в этом несметном количестве строк кода, не используются 98% времени). Загружать то, что вам нужно, и именно тогда, когда нужно, - отличная идея. Думаю, что сетевые компьютеры могут изменить сетевую архитектуру, способы продажи программ и сетевые службы. Возможно, все это к лучшему.

Бриер: На мой взгляд, ситуация чересчур драматизируется. Некоторые наши клиенты собираются внедрять факсимильные устройства следующего поколения, использующие в качестве транспортного механизма IP-сети. Эти устройства имеют элементы тех компьютеров, о которых вы говорите. Как их называть - "тонкими" клиентами, "слабосильными" ПК или как-то еще? Но мы все-таки называем их факсимильными устройствами, которые решают совершенно конкретные задачи. Еще раз хочу подчеркнуть, что элементы устройства могут иметь самые разные характеристики, и навешивание ярлыков только запутывает дело.

Кернс: Сегодняшние программисты не задумываются о компактности получаемого кода, как это было, скажем, лет 10-15 назад. В результате, пользователи тратят кучу времени, ожидая, пока отдельные модули современных приложений загрузятся из сети, и в конце концов отказываются от их использования.

Брэднер: В этих суждениях все верно - кроме того, что прослеживается ориентация на однородный набор требований. Похоже, существует настоятельная необходимость найти один ответ на все существующие вопросы - возможно, потому, что реальный мир слишком сложен и беспорядочен. Во множестве мест приложения функционируют на "тупых" терминалах или терминалах X-Window и модель "тонкий клиент-сеть" работает прекрасно. Но есть и множество других мест, где пользователи прекрасно выполняют свою работу на локальных компьютерах, которые отлично подходят для решения их задач и не требуют замены.

NW: Еще одна горячая тема, которая широко обсуждается, - качество сервиса (Quality of Service, QoS). Какие ключевые возможности QoS должны рассматривать сетевые администраторы, и что нужно делать для их реализации?

Брэднер: Это очень старая история, которая уходит корнями как минимум в 1964 г., когда впервые начали широко обсуждаться возможности создания сетей передачи данных, основанных на передаче пакетов, а не на установлении соединений. Сторонники традиционного подхода уже тогда порицали идею сетей, основанных на передаче пакетов. Многие годы (к счастью, они в прошлом) специалисты IBM утверждали, что невозможно построить корпоративную сеть передачи данных на базе TCP/IP, поскольку этот протокол основан на передаче маршрутизируемых или коммутируемых пакетов; корпоративная же сеть, по их утверждениям, нуждается в гарантированном QoS, которое достижимо только в сетях с установлением соединения.

Существуют три типа QoS, о которых имеет смысл говорить: вероятностное QoS, которое с высокой степенью вероятности гарантирует предоставление сетевых и серверных ресурсов, достаточных для выполнения определенных задач в заданное время; QoS по запросу приложения, при котором для каждого IP-вызова или требовательного к ресурсам приложения (при его запуске) резервируются определенные ресурсы; QoS на основе классов, при котором задаются разные уровни (классы) использования сети и сетевой трафик обрабатывается по-разному для каждого класса.

Вероятностное QoS достаточно активно используется в современных сетях и особенно хорошо работает в кампусных сетях с широкой полосой пропускания. Я бы оценил QoS на основе классов как следующий этап в использовании QoS, а QoS по запросу - как заманчивую перспективу, для реализации которой предстоит решить множество вопросов, связанных с масштабируемостью, аутентификацией и учетом.

Нолл: Понятие QoS достаточно хорошо определено, хотя далеко не все с этим согласны. Пиковая и средняя скорости передачи данных, величина задержки и ее допустимые колебания, допустимый уровень ошибок - все это хорошо воспринимается в качестве ключевых параметров. Вопрос не в том, что такое QoS, а в том, что надо сделать, чтобы его обеспечить. Есть два варианта: управлять полосой пропускания или потратить деньги на ее расширение. Сетевой администратор должен оценить стоимость каждого из подходов и взвесить их преимущества и недостатки. Однако он должен помнить, что распределение ресурсов похоже на налогообложение - чтобы дать что-то одним, нужно забрать это у других. Вот почему приобретение дополнительных "бит в секунду" является таким привлекательным подходом для пользователей.

Хекарт: В последнее время под термином QoS стали подразумевать очень разные вещи. К сожалению, многие провайдеры услуг определяют QoS таким образом, что понять это можно, лишь имея докторскую степень, а чтобы проверить обеспечение QoS, требуется как минимум анализатор протоколов. О каких же преимуществах для конечных пользователей может тогда идти речь?

У Sprint есть хорошая идея обеспечения определенного качества сервиса, соответствующего конкретным приложениям пользователя. И хотя сама модель еще нуждается в совершенствовании, все провайдеры должны помнить принцип БПБ (Будь Проще, Болван!). Многих менеджеров беспокоит обеспечение таких параметров, как доступность сети (период работоспособного состояния), время отклика и производительность. Для некоторых приложений, например осуществляющих передачу голоса в реальном времени, к этому списку можно добавить время сетевой задержки.

Что касается последних спецификаций QoS, сетевых администраторов больше всего должно беспокоить то, что практически невозможно проследить, насколько соответствует получаемое вами тому, что вам было обещано. Идеальный провайдер должен четко определять, какой смысл он вкладывает в понятие QoS, обеспечивать заказчику возможность проверки реализации качества сервиса, а также систему автоматического штрафования за непредоставление оговоренного уровня услуг. Полезное свойство QoS состоит в том, что пользователи смогут более осмысленно выбирать услуги и лучше понимать, какие виды соединений (frame relay, выделенные линии или ATM) наилучшим образом соответствуют потребностям конкретного офиса или приложения.

Бриер: Я рассматриваю QoS применительно к сетям ATM/ WAN, в которых отдельным приложениям предоставляется различный доступ к ресурсам - в зависимости от того, что они пытаются сделать. Чтобы воспользоваться преимуществами QoS, сетевым администраторам необходимо количественно оценить свои потребности. Это вернет их к реальному пониманию потребностей каждого офиса и приложения и позволит осознать, что не существует единого решения, которое подходит всем.

Кернс: Для пользователя QoS означает: "Могу ли я сделать то, что хочу, и тогда, когда хочу?" Для сетевого администратора это транслируется в такие термины как "доступ" (100-процентная доступность всех служб за счет кластеризации и избыточности), "производительность" (предсказуемая пропускная способность всегда и везде) и "службы каталогов" (простой доступ к объектам и службам).

NW: На минуту вернемся к вопросу о "тонких" клиентах. Производители NetPC и NC обещают снизить расходы на администрирование сетей и систем. Действительно ли они смогут обеспечить большую экономию, которой от них ожидают, или просто перенесут затраты на сети и серверы?

Кернс: Между NetPC и NC есть большая разница. Для NC требуются более мощные серверы и более высокая пропускная способность сети. Но в любом случае расходы неизбежны - на новые оборудование и инфраструктуру, на обучение и поддержку.

Нолл: Отправьте NetPC и NC на свалку вслед за бездисковыми рабочими станциями. Превратите в нагревательные приборы или занятные высокотехнологичные металлические коллажи, установленные на бетонных пьедесталах перед штаб-квартирами компаний. NC - замена "тупым" терминалам, а NetPC - не более чем рекламная шумиха.

Гиббс: До сих пор еще не существует каталога приложений и средств, которой мог бы заставить нас поверить в реальность существования сетевых компьютеров. Кроме того, расходы на обновление инфраструктуры обещают быть весьма высокими. Большинству компаний понадобится два-три года, прежде чем они смогут полностью амортизировать сделанные ими вложения, поэтому использование сетевых компьютеров пока целесообразно лишь на уровне тестовых систем. Реальные эксперименты пока не проводились, и они могут оказаться просто бесценными. Конечно, нужно продолжать следить за развитием рынка, но я бы порекомендовал не слишком воодушевляться до тех пор, пока не появятся реальные приложения и готовые системы на базе NC или NetPC, а не просто голые коробки.

Брэднер: Я не вижу большой разницы между NetPC, NC и терминалами и сомневаюсь, что они будут сильно различаться по цене. Корпорация вряд ли сможет реально сэкономить какие-то деньги, выбросив старые терминалы 3270 и поставив на их место компьютеры типа NC (если не учитывать экономии за счет отказа от ремонта 3270). Я также сомневаюсь, что переход от "настоящих" ПК к NetPC или NC позволит добиться существенной экономии. Общий набор затрат общеизвестен - обучение, программное обеспечение и т. д. Я думаю, что эти и многие другие затраты приведут все в равновесие.

NW: Беседы с некоторыми людьми создают впечатление, что корпоративной компьютерной платформой сегодняшнего дня служат интрасети. Какие же шаги должны предпринимать соответствующие специалисты, чтобы вплотную подойти к созданию интрасети? Какие приложения навсегда остануться "за бортом" интрасети? Какова самая большая ошибка, если дело доходит до интрасетей?

Хекарт: Интрасети хорошо подходят для тех организаций, которым требуется обеспечить доступ к информации большого числа сотрудников или организовать взаимодействие в электронной форме. Вот почему сначала нужно создать сеть как таковую. Самая большая ошибка при построении интрасети - отсутствие ясного понимания того, чего необходимо добиться, а соответственно, - что надо делать. В результате создается множество отдельных интрасетей для разных групп пользователей и для этого используются разные сетевые ресурсы, что снижает или вообще сводит на нет общую экономию затрат.

Нолл: Не знаю, кто может считать интрасети корпоративной компьютерной платформой. Проведя специальные опросы, мы обнаружили: хотя более 90% компаний заявляют о своей приверженности идее интрасетей, лишь 7% имеют реальное представление о том, что такое интрасеть и чем она отличается от обычной корпоративной информационной или IP-сети. Если попытаться объективно оценить, что из себя представляет интрасеть, становится понятно, что она не накладывает никаких ограничений на использование приложений (не считая тех, которые присущи любым другим сетям передачи данных), кроме их стоимости.

Гиббс: Никогда не будут совместимыми с интрасетями те приложения, которые предъявляют серьезные требования к базам данных, и те, в которые заложены очень сложные функции, например работа с мультимедиа в реальном времени.

Бриер: Самая большая ошибка в отношении интрасетей - предполагать, что какие-либо детали упущены из виду. На мой взгляд, хороший менеджер должен определить интрасеть в самых общих чертах - как совокупность информации, совместно используемой внутри организации - и начать приоритезировать преимущества, которые могут быть получены быстрее всего и с наибольшей отдачей, переходя к внутренней информационной магистрали, или интрасети.

Кернс: Интрасеть - это хороший способ снизить расход бумаги и обеспечить своевременный доступ к нужной информации. На сегодняшний день наиболее удачными примерами использования интрасетей являются учет кадров, распространение маркетинговой информации, автоматизация заполнения различных анкет (например, отчетов о командировках или запросов на предоставление отпуска), а также управление проектами - т. е. те области, где вы можете сочетать обычную оперативную информацию с хранилищами данных. Тем не менее приложения, предназначенные для ввода данных, еще не готовы к использованию в интрасетях.

Интрасеть должна привлекать пользователей не меньше, чем узлы Internet. Для этого необходимо уделять пристальное внимание вопросам проектирования и качеству предоставляемого сервиса. Плохое проектирование - серьезная ошибка.

Брэднер: Интрасети - еще один пример того, как что-либо представляют в качестве универсального решения без учета реальных потребностей. Для большинства людей интрасети - это основанные на Web сетевые службы. Однако сегодня их пытаются преподнести как единый ответ на все вопросы. Я думаю, что в течение следующих нескольних лет TCP/IP станет основным сетевым протоколом практически всех корпоративных сетей; альтернативой будет только SNA (в унаследованных системах). Но я не готов с той же уверенностью говорить о том, какие приложения будут использоваться. В принципе, к основанным на Web и Java системам можно приспособить и приложения со сложной обработкой данных, но во многих случаях специализированное ПО для настольных компьютеров останется значительно более подходящим решением.

NW: Многие наши читатели хотели бы перейти на долгосрочной основе к использованию Internet в качестве магистрали для распределенной корпоративной сети. Разумная ли это задача?

Нолл: Такая точка зрения основана на наборе нереалистичных предположений экономического характера. Люди видят, что можно получить неограниченный доступ к Internet за 20 дол. в месяц и думают: "Если за 20 баксов я способен получить скорость 28 кбит/с, то за 140 баксов я должен иметь возможность получить канал T-1". Пропускная способность "стоит денег", и эти деньги всегда кто-то платит. В Internet происходит своего рода субсидирование: пользователи, которые мало пользуются Сетью, платят за тех, кто пользуется ею активно. Если корпоративная Америка получит неограниченный доступ к Internet, провайдеры услуг "потонут" в течение одной недели. Цены в Internet не должны снижаться. Некоторым клиентам предлагаются сниженные тарифы, но это возможно лишь в том случае, если преимуществами пользуется ограниченное число людей.

Гиббс: Да, экономическая привлекательность налицо, а в сочетании с виртуальными частными сетями (VPN) и готовностью провайдеров Internet заключать контракты на гарантированное QoS все это выглядит весьма правдоподобно. Компаниям необходимо как можно быстрее отказаться от своих частных сетевых инфраструктур.

Хекарт: Компании хотели бы сделать свою сеть дешевой и повсеместной, чтобы ее можно было использовать для выполнения многих задач. Для некоторых удаленных офисов Internet хорошо подходит в этом качестве, для других же офисов и приложений - нет, но завтра такое положение может измениться.

Скорее всего, отрасль будут создавать многочисленные соединенные друг с другом интрасети, экстрасети и интерсети, предназначенные для поддержки различных приложений и сообществ пользователей. Подобные сети появятся в течение следующих нескольких лет и в значительной степени вытеснят частные и общедоступные сети, используемые сегодня для передачи голоса, факсов, видео и данных. Службы, предоставляемые этими сетями, дешево не будут стоить, но расходы на них окажутся на несколько порядков меньшими, чем нынешние затраты на частные сети.

Главный барьер на пути к этому светлому будущему - не технология, а огромные прибыли нынешних провайдеров услуг, деятельность которых при переходе к основанным на Internet службам будет существенно ограничена.

Бриер: Не существует причин, по которым нельзя было бы точно так же обеспечить доступ к приложениям для интрасетей из сетей frame relay и ATM. Зачем отказываться от них? У вас есть решения, к которым можно обеспечить доступ из самых разных сетей, и использовать для этого только Internet будет ошибкой. Это всего лишь один из возможных транспортных механизмов.

Кернс: В настоящее время делать это неразумно, поскольку вы потеряете контроль компании за использованием корпоративной магистрали. В лучшем случае Internet стоит рассматривать в качестве резервного канала, который можно задействовать в случае выхода из строя частной магистрали. Не стоит ради экономии нескольких долларов отказываться от надежности, контроля и защищенности, которые обеспечивают частные сети. Это равносильно тому, что директор по ИТ бросит свою машину и начнет ездить на автобусе...

Брэднер: Чувствовали бы мы себя лучше, если бы Internet называлась национальной информационной инфраструктурой, обеспечиваемой телекоммуникационной компанией? Это именно то, чем становится Internet, и именно то, что сторонники Национальной информационной инфраструктуры (National Information Infrastructure), которая так сильно навязывалась правительством и прессой несколько лет назад, предлагали взамен Internet. Я не согласен с утверждением, что частные сети имеют какие-то возможности, которых не может обеспечить Internet, - особенно если учесть, что практически все корпоративные территориально-распределенные сети используют TCP/IP. По набору функций очень трудно различать частные сети и публичные сети TCP/IP. Я ожидаю, что в течение следующих нескольких лет широкое распространение в Internet получат основанные на классах функции QoS, которые устранят одно из последних существенных преимуществ частных сетей передачи данных перед публичными.

NW: Сможет ли Windows NT покорить мир? Есть ли какие-то существенные недостатки в этой ОС?

Нолл: NT уже завладела миром, но поставщики Unix-систем еще не знают, что вышли из игры. Выявление недостатков имеет серьезное значение, однако наиболее важным свойством любой операционной системы является то, как относятся к ней пользователи. А они относятся к NT лучше, чем к любой другой серверной или многопользовательской системе. Фанаты Unix, идите напролом и рассылайте по всему миру свои злые почтовые сообщения! Я лишь прогнозирую будущее, но не делаю его.

Гиббс: Лагерь противников Microsoft, вывесивший флаг под названием "Java", весьма активен, и косвенным образом это вредит NT. Без всяких сомнений, NT 4.0 - отличная ОС, но она не может удовлетворить всех потребностей, заменив собой NetWare и Unix. Я бы отвел NT доминирующее положение, но не стал присуждать окончательной победы.

Кернс: NT - хорошая замена Unix на рынке серверов приложений. Но эта ОС все еще очень далека от того, чтобы занять доминирующие позиции на рынке сетевых ОС. Возможно, этого и не произойдет, поскольку не похоже, чтобы компания Microsoft начала разбираться в сетевых технологиях. Этот производитель ПО для настольных систем навсегда таковым и останется.

Сектор стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи (МСЭ-Т) считает, что до 2020 г. должны появиться сети будущего, FN (Future Networks).

Принципиальное их отличие от современных сетей (NGN) в том, что они способны обеспечить новые инфокоммуникационные услуги, которые трудно реализовать с использованием имеющихся сетевых технологий.

Со времени, когда на страницах «ИКС» () были проанализированы первые две рекомендации МСЭ-Т - Y.2001 и Y.2011 - относительно нового направления развития телекоммуникаций, сетей следующего поколения, NGN (Next Generation Networks), эти сети были достаточно полно стандартизованы в нормативных документах МСЭ-Т (в специальной серии Y.2000, посвященной этим сетям, уже 124 рекомендации*), операторы успешно их строят и эксплуатируют**.

Работы по стандартизации будущих сетей FN начаты МСЭ-Т в 2009 г. Исследовательской комиссией SG13 были разработаны первые рекомендации по FN в новой серии рекомендаций МСЭ-Т - Y.3000-3499. В настоящее время в этой серии выпущены уже девять рекомендаций, в стадии обсуждения находятся еще четыре документа***. Краткому обзору рекомендаций МСЭ-Т по будущим сетям и посвящена статья.

Задачи и цели создания будущих сетей

В рекомендации Y.3001 описываются основные положения будущих сетей и 12 целевых задач их создания, которые разделены на четыре базовых сегмента (рис. 1). Часть задач, такие, как управление сетью, мобильность, идентификация, а также надежность и безопасность, могут относиться к нескольким сегментам, но на рисунке изображены взаимосвязи между сегментом и задачами, имеющими к нему наибольшее отношение.

Сегмент услуг характеризуется тем, что в сетях будущего будет предоставляться огромное количество услуг/приложений для удовлетворения практически любых запросов потребителей. Как ожидается, в будущих сетях число услуг и их объем будут расти лавинообразно. Кроме того, предполагается вводить новые услуги без существенных капиталовложений и увеличения эксплуатационных затрат, обеспечивая при этом их высокую надежность и безопасность будущих сетей.

Сегмент данных предусматривает оптимизацию будущих сетей в связи с гигантскими объемами передаваемой и обрабатываемой информации. Под данными понимается вся информация, доступная в сети будущего. Также предполагается, что доступ к услугам будущих сетей будет легким, быстрым и качественным независимо от местопребывания пользователя. Каждый человек в будущей сети получит свой уникальный адрес, по которому сможет авторизоваться в любой точке мира и получать все нужные ему услуги.

Экологический сегмент означает, что сети будущего будут экологически безопасны для окружающей среды. Их технические решения должны минимизировать влияние на экосистему, сократить потребление материалов и энергии.

Социально-экономический сегмент предусматривает решение целого ряда задач, связанных со снижением затрат на обеспечение жизненного цикла услуг и унификацией предоставления широкополосного доступа к ресурсам будущих сетей широким слоям населения, что, в свою очередь, послужит стимулом для развития мировой экономики и устранит «цифровое неравенство».

Сетевая виртуализация

Поддержка виртуализации ресурсов является важнейшей отличительной особенностью сетей FN от сетей NGN. Она обеспечивает логическое разделение сетевых ресурсов между услугами и одновременное совместное использование одного физического сетевого ресурса многими виртуальными ресурсами.

Архитектура сетевой виртуализации для будущих сетей, представленная в рекомендации Y.3011, содержит три уровня (рис. 2). Как и любая сеть связи, сеть FN на первом уровне состоит из физических ресурсов (коммутаторов, маршрутизаторов, линий связи, систем передачи и др.), которыми владеют и управляют операторы физических сетей. На базе ресурсов физических сетей организуются виртуальные ресурсы (полоса пропускания, маршрут передачи, адресное пространство и др.), которыми может управлять соответствующий оператор. И уже на основе этих виртуальных сетевых ресурсов для каждой услуги создается своя виртуальная сеть, называемая логически изолированной частью сети, LINP (Logically Isolated Network Partition). Такое разделение позволяет реализовать в одной и той же физической сети несколько услуг с разными требованиями к сетевым ресурсам. При сетевой виртуализации поставщик и пользователь сетевых ресурсов разделены. Это означает, что пользователь виртуальной сети не обязательно должен иметь собственные физические сетевые ресурсы. Это позволяет динамически добавлять и удалять необходимые ресурсы в виртуальной сети из пула общих виртуальных ресурсов в ответ на появляющиеся в ней изменения (увеличение или уменьшение объема трафика, появление отказов или сбоев в работе сетевого оборудования и др.). Поскольку добавление виртуальных ресурсов осуществляется намного быстрее и экономичнее, чем развертывание дополнительного физического ресурса, функционирование и управление в сетях будущего более эффективное и гибкое.

Энергосбережение в будущих сетях

Важностью экологических вопросов обусловлено то, что при разработке будущих сетей одной из основных задач становится использование энергосберегающих технологий. Согласно рекомендации Y.3021 уменьшить негативное воздействие будущих сетей на окружающую среду можно двумя способами.

1. Использовать возможности будущих сетей в областях экономики, не связанных с инфокоммуникационными технологиями. Будущие сети должны стать полезным инструментом снижения негативного воздействия других областей экономики на окружающую среду. Примерами такого применения FN являются «умные» энергосети smart grid, предназначенные для распределения электрической мощности, или всепроникающие сенсорные сети USN, которые контролируют изменения экосферы Земли.

2. Снизить негативное воздействие на окружающую среду самих сетей, сделав это основополагающим принципом сетей будущего. Снижение потребления энергии сетевыми объектами, в частности маршрутизаторами, коммутаторами и серверами, является характерным для экологически чистых будущих сетей.

Внутри будущих сетей можно выделить три уровня, каждому из которых соответствуют свои технологии энергосбережения:

уровень устройств - технологии, которые применяются для электронных устройств, таких, как большие интегральные схемы и запоминающие устройства;

уровень оборудования - технологии, которые применяются к одной единице оборудования (набору устройств), например маршрутизатору или коммутатору;

уровень сети - технологии, которые применяются во всей сети (например, протокол маршрутизации, применяемый к нескольким маршрутизаторам).

Измерение потребленной энергии в будущих сетях

В рекомендации Y.3022 заданы требования к измерению энергии, потребляемой разными элементами будущих сетей. На основе этих требований определены эталонная модель измерений (рис. 3), функциональная архитектура, метрики энергоэффективности и методы измерения потребленной энергии элементами сети (интерфейсом E интерфейс, узлом E узел, сервером E сервер) и сетью в целом (E сеть). Для лучшего понимания метрик энергоэффективности в информационном приложении к рекомендации приводятся описывающие их соответствующие подробные уравнения

Идентификация в будущих сетях

В рекомендации Y.3031 описаны возможные идентификаторы (ID) будущих сетей для определения абонентов, пользователей, элементов сети, функций, объектов сети, предоставляющих услуги/приложения, или других сущностей (например физических или логических объектов). Приведена идентификационная архитектура будущих сетей, которая поддерживает уникальное пространство идентификаторов, обеспечивает связь между определенными идентификаторами, представляющими объекты сети, и предоставляет информацию о взаимосвязи между идентификаторами при необходимости. Она также поддерживает поиск идентификаторов целевых объектов сети для обеспечения их взаимодействия.

Идентификационная архитектура FN соединяет разные объекты коммуникаций и физические сети и состоит из четырех компонентов (рис. 4).

1. Служба распознавания идентификаторов , которая обнаруживает разные типы идентификаторов, связанные с объектами коммуникаций.

2. ID-пространство, которое определяет и управляет разными видами идентификаторов: пользователей, данных либо контента; служебные ID, ID узлов и ID местоположения.

3. Реестры отображения ID, которые поддерживают отображения связей между разными видами идентификаторов.

4. Служба отображения ID , которая преобразует идентификаторы одной категории в идентификаторы других категорий для достижения непрерывного обслуживания на гетерогенных физических сетях, таких, как сети IP версии 6 (IPv6), версии 4 (IPv4) или не IP-сети, способные использовать разные протоколы для передачи пакетов данных.

__________________________________________________________________________

* ITU-T Recommendations Y.2000-Y.2999: Next Generation Networks [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.itu.int/ITU-T/recommendations/index.aspx?ser=Y.

** Сети следующего поколения / А.В. Росляков, М.Ю. Самсонов, И.В. Шибаева, С.В. Ваняшин, И.А. Чечнева; под ред. А.В. Рослякова. - М.: Эко-Трендз, 2008. - 424 с.

*** ITU-T Recommendations Y.3000-Y.3499: Future networks [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.itu.int/ITU-T/recommendations/index.aspx?ser=Y.

Окончание статьи в следующем номере «ИКС».

Перспективы развития сетевых технологий

Сергей Пахомов

Пользователи ПК уже давно смирились с мыслью, что угнаться за темпами обновления комплектующих для ПК невозможно. Новый процессор последней модели перестает быть таковым уже через два-три месяца. Столь же стремительно обновляются и другие компоненты ПК: память, жесткие диски, материнские платы. И несмотря на заверения скептиков, которые утверждают, что для нормальной работы с ПК сегодня достаточно и процессора Celeron 400 МГц, множество компаний (во главе с Microsoft, конечно) неустанно трудятся над тем, чтобы найти достойное применение «лишним» гигагерцам. И надо отметить, что это у них неплохо получается.

а фоне возрастающей мощности ПК бурными темпами развиваются и сетевые технологии. Обычно развитие сетевых технологий и аппаратной части компьютеров традиционно рассматривается по отдельности, однако эти два процесса оказывают сильное влияние друг на друга. С одной стороны, увеличение мощности компьютерного парка в корне меняет контент приложений, что приводит к росту объемов информации, передаваемой по сетям. Быстрый рост IP-трафика и конвергенция сложных приложений для работы с голосом, данными и мультимедиа требуют постоянного наращивания пропускной способности сетей. При этом основой экономичных и высокопроизводительных сетевых решений остается технология Ethernet. С другой стороны, сетевые технологии не могут развиваться будучи не привязанными к возможностям компьютерного оборудования. Вот простой пример: для того чтобы реализовать потенциальные возможности гигабитного Ethernet, потребуется процессор Intel Pentium 4 с тактовой частотой не менее 2 ГГц. В противном случае компьютер или сервер будет просто не в состоянии переварить столь высокий трафик.

Влияние сетевых и компьютерных технологий друг на друга постепенно приводит к тому, что персональные компьютеры перестают быть только персональными, а начавшийся процесс конвергенции вычислительных и коммуникационных устройств мало-помалу избавляет персональный компьютер и от «компьютерности», то есть коммуникационные устройства наделяются вычислительными возможностями, что сближает их с компьютерами, а последние, в свою очередь, приобретают коммуникационные возможности. В результате такого сближения компьютеров и коммуникационных устройств постепенно начинает формироваться класс устройств следующего поколения, которые уже перерастут роль персональных компьютеров.

Впрочем, процесс конвергенции вычислительных и коммуникационных устройств еще только набирает обороты, и судить о его последствиях пока еще рано. Если же говорить о дне сегодняшнем, то стоит отметить, что после продолжительного застоя в развитии технологии для локальных сетей, который характеризовался господством Fast Ethernet, наблюдается процесс перехода не только на более высокоскоростные стандарты, но и на принципиально новые технологии сетевого взаимодействия.

Сейчас разработчикам на выбор предоставлены четыре возможности модернизации сетей:

Gigabit Ethernet для корпоративных пользователей;

Беспроводной Ethernet в офисе и дома;

Сетевые средства хранения данных;

10 Gigabit Ethernet в городских сетях.

Ethernet имеет несколько особенностей, которые обусловили повсеместное распространение этой технологии в IP-сетях:

Масштабируемая производительность;

Масштабируемость для применения в различных сетевых приложениях - от локальных сетей малого радиуса действия (до 100 м) до городских сетей (40 и более километров);

Низкая цена;

Гибкость и совместимость;

Простота использования и администрирования.

В совокупности эти особенности Ethernet позволяют применять данную технологию в четырех основных направлениях развития сетей:

Гигабитные скорости для корпоративного применения;

Беспроводные сети;

Системы сетевого хранения данных;

Ethernet в городских сетях.

В настоящее время Ethernet является наиболее широко используемой технологией создания локальных сетей во всем мире. По данным компании International Data Corporation (IDC 2000), более 85% всех локальных сетей построено на основе Ethernet. Современные технологии Ethernet далеко ушли от спецификаций, предложенных доктором Робертом Меткалфом и разработанных совместными усилиями компаний Digital, Intel и Xerox PARC в 1980 году.

Секрет успеха Ethernet легко объясним: за последние два десятилетия стандарты Ethernet постоянно совершенствовались, чтобы соответствовать все возрастающим требованиям к компьютерным сетям. Разработанная в начале 80-х годов технология Ethernet со скоростью передачи данных 10 Мбит/с эволюционировала сначала в версию со скоростью передачи данных 100 Мбит/с, а в наши дни - в современные стандарты Gigabit Ethernet и 10 Gigabit Ethernet.

Ввиду низкой стоимости решений на базе гигабитной технологии Ethernet и четко выраженного намерения поставщиков решений дать своим клиентам технологический запас на будущее, поддержка гигабитного Ethernet становится обязательной для корпоративных настольных ПК. IDC сообщает, что, по некоторым оценкам, к середине этого года более 50% поставляемых устройств для локальных сетей будут поддерживать Gigabit Ethernet.

Через год или два после того, как клиенты начнут переходить на Gigabit Ethernet, будет модернизирована и вся инфраструктура. Если следовать историческим тенденциям, то где-то в середине 2004 года наступит переломный момент в спросе на гигабитные коммутаторы. Широкомасштабное использование Gigabit Ethernet на настольных ПК, в свою очередь, приведет к необходимости применения 10 Gigabit Ethernet в серверах и магистралях корпоративных сетей. Использование 10 Gigabit Ethernet отвечает нескольким ключевым требованиям к высокоскоростным сетям, включая меньшую совокупную стоимость владения по сравнению с используемыми в настоящее время альтернативными технологиями, гибкость и совместимость с существующими сетями Ethernet. Благодаря всем этим факторам 10 Gigabit Ethernet становится оптимальным решением для городских сетей.

Изготовители оборудования и провайдеры услуг в ходе создания городских сетей могут столкнуться с некоторыми проблемами. Следует ли расширять имеющуюся инфраструктуру SONET/SDH или стоит сразу перейти на более экономичную инфраструктуру на базе Ethernet? В современных условиях, когда операторам сетей необходимо снизить затраты и обеспечить скорейший возврат инвестиций, сделать выбор как никогда сложно.

Совместимые с существующим оборудованием, эти гибкие, многофункциональные решения с различными скоростями передачи данных и отличным соотношением «цена/производительность» ускоряют внедрение решений на базе 10 Gigabit Ethernet в городских сетях.

Кроме начавшегося процесса перехода от технологии Fast Ethernet к Gigabit Ethernet, 2003 год ознаменовался массовым внедрением беспроводных технологий. За последние несколько лет преимущества беспроводных сетей стали очевидными для большого круга людей, а сами устройства беспроводного доступа теперь представлены в большем количестве и по более низкой цене. По этим причинам беспроводные сети стали идеальным решением для мобильных пользователей, а также выступили в качестве инфраструктуры мгновенного доступа для широкого круга корпоративных клиентов.

Высокоскоростной стандарт передачи данных IEEE 802.11b был принят почти всеми производителями оборудования для беспроводных сетей со скоростью передачи данных до 11 Мбит/с. Сначала он был предложен как альтернативный вариант для построения корпоративных и домашних сетей. Эволюция беспроводных сетей продолжилась с появлением стандарта IEEE 802.11g, принятого в начале нынешнего года. Этот стандарт обещает значительный рост скорости передачи данных - до 54 Мбит/с. Его задача - обеспечить корпоративным пользователям возможность работы с требовательными к полосе пропускания приложениями, не жертвуя при этом объемом передаваемых данных, но улучшая масштабируемость, помехоустойчивость и безопасность данных.

Безопасность продолжает оставаться очень важным вопросом, поскольку мобильные пользователи, количество которых постоянно растет, требуют возможности безопасного беспроводного доступа к своим данных в любом месте и в любое время. Недавние исследования показали уязвимость шифрования по протоколу Wired Equivalent Privacy (WEP), что делает защиту WEP недостаточной. Создание надежной и масштабируемой системы безопасности возможно с помощью технологий виртуальных частных сетей (VPN), поскольку они обеспечивают инкапсуляцию, аутентификацию и полное шифрование данных в беспроводной сети.

Быстрый рост популярности электронной почты и электронной коммерции cтал причиной резкого увеличения потока данных, передаваемых по общедоступной сети Интернет и по корпоративным IP-сетям. Увеличение трафика данных способствовало переходу от традиционной серверной модели хранения данных (Direct Attached Storage, DAS) к инфраструктуре самой сети, в результате чего появились сети хранения данных (SAN) и сетевые устройства хранения данных (NAS).

В технологиях хранения данных происходят важные изменения, ставшие возможными благодаря появлению сопутствующих сетевых технологий и технологий ввода-вывода. Эти тенденции включают:

Переход к технологиям Ethernet и iSCSI для решений хранения данных на базе IP;

Внедрение архитектуры InfiniBand для кластерных систем;

Разработку новой архитектуры последовательной шины PCI-Express для универсальных устройств ввода-вывода, поддерживающей скорость до 10 Гбит/с и выше.

Новая технология на базе Ethernet под названием iSCSI (Internet SCSI) является высокоскоростным, недорогим и функционирующим на больших дистанциях решением хранения данных для Web-сайтов, провайдеров услуг, коммерческих фирм и других организаций. По этой технологии традиционные команды SCSI и передаваемые данные инкапсулируются в пакеты TCP/IP. Стандарт iSCSI позволяет создавать недорогие сети хранения данных на базе IP, обладающие отличной совместимостью.

Нельзя объять необъятное.

Козьма Прутков

Будущее Ethernet

Огромные вложения, сделанные во всем мире в сети на базе Ethernet и программное обеспечение для них, (по статистическим данным, более 50% всех локальных сетей в мире используют Ethernet) толкают разработчиков и производителей сетевого оборудования на поиск путей продления его жизни. Основной минус Ethernet сегодня - медлительность. 10 Мбит/с на сегмент, которые надо еще поделить между всеми подключенными компьютерами, - в век видеоконференций и компьютерной графики это никого не устраивает.

Первое решение, появившееся около года назад, состоит в том, что на место хаба помещается так называемый Ethernet Switch. Внешне идентичный хабу, Switch обладает некоторыми свойствами многопортового бриджа. Он использует то, что большинство пакетов Ethernet явно содержат адрес получателя. Если такой пакет будет передан получателю без уведомления всех остальных абонентов сети, ничего страшного не произойдет - он им и не предназначался. Именно таким образом функционируют бриджи, но у них обычно только два порта.

Современный Ethernet Switch может иметь до 16 портов и производить передачу пакета между любыми двумя независимо от остальных. Например, если на порт 1 поступил пакет, получатель которого подключен к порту 8 (рис. 6), и одновременно с ним на порт 6 поступил пакет для получателя на порту 2, то Switch передаст их оба одновременно. В случае обычного хаба это бы вызвало коллизию и пакеты должны были бы быть переданы последовательно. Пиковая пропускная способность 8-портового Switch-a может достигать 40Мбит/с, а 16-портового 80 Мбит/с (4 или 8 одновременно пересылаемых пакетов).

Switch позволяет значительно расширить суммарную полосу пропускания сети, однако он не увеличивает теоретический предел для одного подключения - на каждом из его портов доступны все те же 10 Мбит/с. К достоинствам этого решения следует отнести то, что оно не требует замены сетевых адаптеров в компьютерах, замене подлежит лишь хаб. Это означает, что переход не будет слишком обременителен с финансовой точки зрения.

Следующее решение - полнодуплексный Ethernet, который находится на стадии утверждения стандарта, потребует для своего использования как нового хаба, так и нового сетевого адаптера. Идея этого метода состоит в том, что передача пакетов в 10 Base Т Ethernet в компьютер и из него осуществляется по разным проводам. Поэтому возникает возможность одновременной пересылки двух пакетов, если они идут в разных направлениях. Так можно увеличить пропускную способность чуть ли не вдвое. (Для традиционного коаксиального кабеля это, естественно, невозможно. Надо сказать, что сегодня конструкторская мысль мало внимания уделяет модификации системы с коаксиальным кабелем. Внимание сосредоточено на витой паре). Первые хабы и адаптеры, использующие этот механизм, должны появиться в ближайшие год - два.

Наиболее революционный подход, тоже рассматриваемый в комитетах по стандартам, предлагает увеличение скорости передачи в сетях Ethernet на основе витой пары до 100 Мбит/с. Это возможно, если использовать провод соответствующего качества. В рассмотрении находятся два проекта, по разному подходящие к механизму передачи. Хотя здесь работа и не так сильно продвинута, но потребность рынка в таком решении, видимо, приведет к появлению первых промышленных образцов в ближайшие годы.

Рассмотренные примеры могут вызвать недоумение - зачем увеличивать пропускную способность устаревшей сети? Еще можно понять, когда такое увеличение не требует замены интерфейсов в компьютерах, но уж если их все равно надо менять - почему бы сразу не использовать более скоростные (и уже существующие) сети, FDDI например. Не следует забывать, что помимо аппаратной возможности передать данные существует еще и программная сторона - всегда есть программы, которые собственно и передают данные. Многие существующие программные средства написаны для протокола Ethernet и существенно используют его свойства. Включение поддержки новых протоколов в ближайшем будущем маловероятно (спрос не очень велик).

В случае же утверждения новых видов Ethernet и появления соответствующих аппаратных средств, изменения коснутся прежде всего той части, в которой они (интерфейсы и хабы) общаются между собой, та же сторона, которой они обращены к компьютеру и пользователю не претерпит значительных изменений (или вообще не изменится), позволяя использовать имеющиеся программные средства.

АТМ-Asynchronous Transfer Mode

При написании этой части возникли серьезные проблемы - какие же новые сети следует выбрать для рассмотрения? При обилии уже существующих и зарождающих стандартов - FDDI, Frame Relay, DQDB, SMDS, и др. - понятна невозможность даже краткого описания их всех в этом обзоре, который мы вовсе не планировали как справочник. Какие же тогда выбрать?

В конце концов решено было остановиться на АТМ, во-первых, из-за принципиально новых подходов, которые использованы при ее разработке, во-вторых, из-за той роли, которую она должна сыграть в преображении мира локальных сетей, и, наконец, из-за того, что она похоже уже получила свой "вотум доверия", а производители бросились наперегонки в объявлениях новых и новых продуктов и разработок (а потенциальные покупатели довольно потирают руки.).

АТМ (Asynchronouns Transfer Mode) зародилась в лабораториях АТ&Т еще в 1980г. как технология, способная обеспечить передачу различных видов информации (в то время - телефонный сигнал и данные). Долгое время АТМ развивалась как базовый уровень для Broadband ISDN (Broadband ISDN - стандарт телекоммуникационной сети, предназначенной для передачи разнородных данных с очень высокими скоростями (сотни Мбит/с). В отличие от Primary Rate ISDN (до 2-х Мбит/с) и Basic Rate ISDN (144 Кбит/с), которые широко распространены уже сейчас, Broadband ISDN должна получить распространение к середине 90-х по мере развития технологии и потребностей абонентов телекоммуникационных сетей.), однако сейчас является вполне самостоятельной технологией. Создан и активно занимается развитием АТМ и стандартизацией интерфейсов специальный комитет - АТМ Форум.

Структура АТМ достаточно проста (рис. 7), в основе ее лежит сеть из АТМ Switch-ей (в простейшем случае он может быть один), соединенных между собой высокоскоростными (обычно оптоволоконными) каналами связи. Сеть АТМ Switch-ей представляет из себя высокоскоростной коммутатор для пакетов, поступающих по внешним интерфейсам от внешних устройств - бриджей, рутеров, отдельных компьютеров или другого оборудования.

В чем же привлекательность АТМ? Все существующие сейчас локальные сети - Ethernet, Token Ring, FDDI и другие - разделяют один недостаток: они все имеют фиксированную полосу пропускания. Для Ethernet она составляет 10 Мбит/с, для Token Ring - 4 или 16 Мбит/с, для FDDI - 100 Мбит/с. Все пользователи сети делят между собой эту полосу и подключение новых неизбежно ведет к уменьшению доли, приходящейся на каждого. Не так в АТМ, здесь подключение нового пользователя нисколько не ухудшает положения - каждый получает в свое распоряжение интерфейс с гарантированной полосой пропускания (типично -100-150 Мбит/с, но может быть и меньше и значительно больше), которая не зависит от активности других пользователей. Это достигается тем, что скорость коммутации пакетов в АТМ Switch на 1-2 порядка превосходит скорость интерфейсов, достигая единиц и десятков Гбит/с.

Такие высокие скорости коммутации стали возможны как благодаря развитию технологии, так и нетрадиционному подходу к инкапсуляции данных в пакеты. АТМ использует пакеты (в терминологии АТМ - cell, ячейка) небольшого и фиксированного размера - 53 байта, из которых 5 байт отводятся под служебную информацию и 48 - под данные. Использование пакетов фиксированной длины позволяет значительно упростить алгоритмы буферизации в сетевой аппаратуре и использовать буфера фиксированного размера. Упрощение же алгоритмов буферизации позволяет реализовать их аппаратно, многократно повышая производительность.

Следует отметить, что, хотя пакеты фиксированной длины и удобны, позволяя достигать высокой скорости передачи, однако существующие сегодня протоколы, как высокого уровня - TCP/IP, так и низкого, например, Ethernet, используют пакеты переменной длины. Поэтому подсоединение к АТМ существующих сетей требует, чтобы соответствующие устройства - бриджи и рутеры - обеспечивали разбиение и сборку пакетов. Тем самым они должны взять на себя значительную часть нагрузки, позволяя АТМ Switch-ам эффективно работать. Другим следствием использования пакетов малого фиксированного размера являются небольшие и хорошо предсказуемые задержки пакетов в сети. Это именно то требование, которое предъявляется к сети передачи приложениями, использующими, аудио или видео информацию. АТМ - фактически первая сеть, которая способна действительно полноценно обеспечить поддержку приложений, использующих Multimedia.

Более того, АТМ способна в будущем заменить многочисленные коммуникационные сети, существующие сейчас. Обладая огромной пропускной способностью и будучи отлично приспособленной для передачи разнородной информации (аудио, видео, факс, данные, и т.д.), АТМ способна объединить в себе как существующие телефонную и компьютерные сети, так и возникающие коммуникационные структуры для проведения телеконференций и многое другое.

Помимо решения острейшей проблемы недостаточной пропускной способности современных сетей, АТМ дает также средства для упрощения другой задачи - переконфигурации сети. В современных сетях логические и физические структуры тесно связаны. Изменение физической структуры - например, переезд части отдела в новое место, - влечет за собой изменение и логической структуры: создание новой подсети, переназначение сетевых адресов, переконфигурацию рутеров, определение новых прав доступа и т.д. В той или иной форме эти проблемы характерны для всех современных локальных сетей.

АТМ определяет так называемые виртуальные соединения - логические связи между подключенными к АТМ сетями. Две или более сети, подключенных к АТМ через бридж (рис. 8), образуют логически одну сеть, не замечая присутствия Switch-a между ними.

Тем самым логическая структура сети оказывается независимой от географического расположения составляющих ее частей. Администратор сети получает возможность создавать логические сети, практически никак не ограниченные реальным физическим расположением составляющих их элементов.

По оценкам экспертов, первое время установки АТМ будут осуществляться в рамках локальных сетей, как правило, в качестве Backbone, где АТМ заменит FDDI и "толстый" Ethernet, хотя нет никаких преград и для подключения отдельного компьютера, и для использования АТМ в качестве глобальной сети. В будущем АТМ обещает вообще стереть грань, разделяющую локальные и глобальные сети сегодня.



Поделиться с друзьями:
Похожие публикации