ATM-коммутация приходит в корпоративные IP-сети

Предлагаем некоторые советы, как соединить возможности IP-маршрутизации с мощностью ATM-коммутации, чтобы резко увеличить скорость работы больших перегруженных межсетевых сред, основанных на протоколе IP

Частичные отключения. Недопустимые задержки с доставкой пакетов. Растущая сложность обновления информации на маршрутизаторах. Противоречивые требования к заданию приоритетов трафика. Несмотря на масштабируемость TCP/IP, экспоненциальная скорость роста и предъявляемые мультимедиа-трафиком требования к пропускной способности  -  это очевидно всем  -  приводят к слишком большой нагрузке на крупные корпоративные IP-сети и Internet.

В результате многие производители сетевых устройств работают над тем, чтобы соединить производительность технологии ATM (asynchronous transfer mode  -  асинхронный режим передачи) с масштабируемостью IP. Это можно сделать, объединив возможности IP-маршрутизации с мощностью ATM-коммутации. В этой статье мы рассмотрим достижения и перспективы в этой области, а следующая публикация, которая выйдет через некоторое время, будет посвящена усилиям, которые предпринимает ATM Forum для интеграции IP в систему своих стандартов.

УСТРАНЯЯ ОТЛИЧИЯ

Существует два основных отличия коммутаторов от маршрутизаторов. Первое из них связано с тем, насколько глубоко каждый из них должен анализировать структуру пакета данных, чтобы получить необходимую для его пересылки информацию. Это непосредственно скорость пересылки пакета. Второе отличие касается способов управления трафиком между узлами сети.

Коммутаторы рассматривают заголовок уровня 2 (data link layer  -  уровень канала данных) в модели OSI, чтобы установить путь между исходной и конечной точками соединения. По этому пути могут пересылаться все относящиеся к нему пакеты. При использовании коммутации администраторы могут выделить определенную полосу пропускания для таких видов связи, как приложения мультимедиа и видеоконференции.

Напротив, в случае использования маршрутизации решения основываются на IP-адресе из заголовка пакета уровня 3 (network layer  -  сетевой уровень в модели OSI). Таким образом, маршрутизатор должен анализировать IP-адрес пакета и определять для каждого конкретного пакета оптимальный путь передачи. Такая сетевая служба, не требующая установления соединения, хорошо подходит для чередования пакетов из различных источников и автоматического выделения для пользовательского трафика доступной полосы пропускания в соответствии с потребностями, однако она не позволяет устанавливать приоритеты для различных видов сетевого трафика.

В начале 1996 г. фирма Ipsilon Networks предложила термин “IP-коммутация” (IP switching) и объявила, что объединит маршрутизацию и коммутацию в единую технологическую платформу, которая будет работать в сетях ATM.

С тех пор фирма выпустила на рынок два продукта: IP-коммутатор, использующий оборудование ATM, и шлюз для подключения к сети IP-коммутаторов локальных сетей, основанных на протоколе IP. Эти устройства можно использовать совместно для создания коммутирующего ядра, которое связано с маршрутизаторами на периферии межсетевой среды.

Главная идея, лежащая в основе устройства IP Switch ATM1600 фирмы Ipsilon, заключается в отслеживании потока пакетов и переключении его на отдельный виртуальный канал ATM, если ожидается, что транзакция будет долговременной, скажем в процессе видеоконференции. Кратковременные сеансы, например поиск в DNS (Domain Naming System  -  Система имен доменов), обрабатываются так же, как и в обычном IP-маршрутизаторе, с помощью стандартной процедуры передачи с буферизацией.

Чтобы определить, какой из вариантов нужно использовать, IP-коммутатор должен, проанализировав по определенной схеме пакеты в потоке, определить, образуют ли они долговременную транзакцию.

Для трафика, которому не выделен собственный виртуальный канал, IP-коммутатор должен сохранять в кэш-памяти пары адресов  -  источника и приемника. С этим связана проблема масштабируемости: когда число конечных узлов увеличится, процессор и память коммутатора не смогут поддерживать таблицу, достаточную для включения всех необходимых пар “источник  -  приемник”. В таком случае область применимости IP-коммутации может ограничиваться сравнительно небольшими корпоративными сетями. Еще один недостаток IP-коммутаторов Ipsilon состоит в том, что они не могут работать совместно с существующими коммутаторами ATM.

Признак, это ты?

В конце 1996 г. фирма Cisco Systems, пытаясь применить методы коммутации в IP-сетях и использовать базу установок своих маршрутизаторов, представила собственное решение этой задачи, названное коммутацией признаков (tag switching). При использовании этой технологии к пакетам данных присоединяется короткая метка фиксированной длины. Эта метка (признак) просто сообщает коммутирующему узлу, как нужно обрабатывать присоединенные данные.

Значения признаков определяются адресом сети или машины получателя. Обычно они присваиваются маршрутизатором, который соединяет ЛВС с сетью коммутации признаков. Затем пакеты перемещаются по сети с коммутацией, причем каждый коммутатор просто заменяет признак в поступающем пакете на нужный признак пересылки, а не рассматривает содержимое пакета, чтобы определить путь его следования. Это обеспечивает более высокую производительность пересылки пакетов по сравнению с обычными маршрутизаторами.

Сеть с коммутацией признаков обычно включает коммутаторы признаков (tag switch), образующие коммутирующее ядро, и краевые маршрутизаторы признаков (tag edge router), которые соединяют ЛВС с межсетевой средой.

В качестве коммутаторов признаков могут использоваться не только коммутаторы ATM. Эта роль подходит и маршрутизаторам, если на них установлено ПО коммутации признаков. Более того, ATM-коммутаторы, на которых работает ПО коммутации признаков, могут также выступать в качестве обычных ATM-коммутаторов, что облегчает их интеграцию с установленными устройствами и сетями.

Коммутация признаков не связана исключительно с IP, так что ее можно использовать и с другими протоколами уровня 3. Когда Cisco включит эту технологию в новую версию ПО Internetwork Operating System (IOS), она будет поддерживать не только протокол IP, но также IPX и AppleTalk.

Межсетевые среды, архитектура которых основана на иерархии маршрутизаторов, можно перестроить так, чтобы использовать возможности IP-коммутации. Администраторы, которые не хотят устанавливать ядро коммутаторов ATM, смогут применить коммутацию признаков на некоторых из своих маршрутизаторов, чтобы образовать на них ядро сети и фактически превратить их в коммутаторы признаков.

Но если в организации уже создана межсетевая среда, состоящая из коммутирующего ядра и окружающих его краевых маршрутизаторов, она может выбрать технологию IP-коммутации Ipsilon или коммутации признаков Cisco.

Те, кто выберет первый вариант, должны будут использовать оборудование Ipsilon при построении ядра, а также подключать краевые маршрутизаторы с помощью шлюзов того же производителя. Затраты на замену коммутаторов ядра в устройстве фирмы Ipsilon или ее партнеров (которые, впрочем, пока не поставляют совместимые продукты) могут оказаться неприемлемыми. Таким образом, подход Ipsilon, скорее всего, будет более привлекательным для создания новой сети с коммутирующим ядром.

Пользователям оборудования Cisco, которые хотели бы применить технологию коммутации признаков, должна потребоваться лишь модернизация ПО, чтобы превратить установленные устройства в коммутаторы и маршрутизаторы признаков. Cisco также пытается склонить других производителей маршрутизаторов и коммутаторов к тому, чтобы и они обеспечивали поддержку коммутации признаков, что еще больше увеличило бы ее привлекательность.

Пока поставляется лишь несколько продуктов для IP-коммутации в сетях ATM. Первыми на свет появились устройства IP-коммутации Ipsilon. Другие Ipsilon-совместимые продукты таких компаний, как фирма General Datacomm и корпорация Digital Equipment, должны быть выпущены в этом году.

Cisco планирует выпустить новую версию IOS для маршрутизаторов Cisco 7500 в I квартале 1997 г., а во второй половине года за ней должно последовать ПО для коммутаторов BPX фирмы StrataCom, которое позволит этим коммутаторам взаимодействовать с краевыми маршрутизаторами с помощью технологии маршрутизации на уровне 3 модели OSI.

СТАНДАРТНАЯ ПРОЦЕДУРА

Ipsilon и Cisco пытались организовать консорциумы, чтобы обеспечить поддержку своих схем коммутации, и представили проекты протоколов для рассмотрения в IETF (Internet Engineering Task Force  -  Группа инженерной поддержки Internet), однако такие “игроки”, как корпорации Toshiba и IBM, также представили в IETF свои предложения по IP-коммутации. Однако ни одно из предложений так и не достигло начальной стадии подготовки стандарта IETF, хотя протоколы Ipsilon были опубликованы в качестве информационного запроса о комментариях (RFC).

Улучшенные возможности совместной работы продуктов разных производителей, вероятно, будут обеспечены только после того, как IETF сформулирует компромиссный протокол коммутации для IP. Этот процесс, скорее всего, продлится до конца 1997 г.

Некоторые компании работают над собственными подходами к IP-коммутации (так, корпорация 3Com предложила для ATM и других сред схему FastIP), а другие, например корпорация Cascade Communications, выступают за использование ПО коммутации, которое можно расширить для поддержки любых IP-протоколов, одержавших верх.

Если администраторам не терпится использовать эту технологию уже в этом году, не дожидаясь принятия стандарта, им нужно будет решить, какого именно подхода они хотят придерживаться, и в дальнейшем работать с продуктами одного производителя. Сегодня ни одна из этих систем не может взаимодействовать с другими.

Дэйв Козюр

Дэйв Козюр  -  независимый автор и консультант по сетям из Рестона (шт. Виргиния).

С ним можно связаться по адресу: drkosiur@ix.netcom.com.