Μέθοδοι Βελτίωσης της Επίδοσης των LAN

Ας δούμε τώρα ποιες επιλογές υπάρχουν για τη βελτίωση της επίδοσης των υπάρχουσων τεχνολογιών LAN ώστε να υποστηρίζονται καλύτερα οι εφαρμογές πολυμέσων. Μερικές εναλλακτικές λύσεις είναι οι εξής:

1.    Αντικατάσταση του Ethernet και του Token Ring με το FDDI (Γενίκευση του FDDI).

2.    Μείωση του πλήθους των κόμβων ενός Ethernet ή Token Ring διαιρώντας σε τμήματα (segmenting) το δίκτυο που συνδέονται με συσκευές αποθήκευσης και προώθησης (store-and-forward) ή με συσκευές μεταγωγής (switching) (Διαίρεση του δικτύου σε τμήματα).

3.    Προέκταση της παραπάνω λογικής ώστε να υπάρχει ένα μόνος κόμβος ανά τμήμα, ο οποίος κάνει χρήση ολόκληρου του εύρους ζώνης του φυσικού μέσου (Dedicated Ethernet).

4.    Όπως στα 2, 3 αλλά με χρήση διακοπτών (LAN μεταγωγή πλαισίων).

5.    Αύξηση του εύρους ζώνης του Ethernet (100Mbps Ethernet).

6.    Διατήρηση του Ethernet ως έχει και προσθήκη κάποιου μηχανισμού που προσφέρει επιπλέον εύρος ζώνης για να υποστηριχθεί ο ισοχρονισμός (Iσόχρονο Ethernet).

7.    Εγκατάλειψη των τεχνολογιών κοινού φυσικού μέσου. Με άλλα λόγια, υιοθέτηση της τεχνολογίας ATM (LAN ATM με μεταγωγή κελιού).

8.    Μίξη της τεχνολογίας ATM και Ethernet (Υβριδικό LAN ATM με μεταγωγή πλαισίου και κελιού).

Υπάρχουν βέβαια και άλλοι συνδυασμοί, που μπορεί να σκεφτεί κανείς, αλλά αυτοί είναι οι σημαντικότεροι. Κάποιες από αυτές τις λύσεις αποτελούν απλές βελτιώσεις των υπαρχόντων τεχνολογιών, ενώ κάποιες άλλες εισάγουν νέες τεχνολογίες με πολλές δυνατότητες. Η επιλογή όμως είναι δύσκολη, όχι μόνο εξαιτίας των διαφορετικών χαρακτηριστικών κάθε μιας, αλλά κυρίως λόγω περιορισμών κόστους και εκμετάλλευσης της υπάρχουσας υποδομής.

Γενίκευση του FDDI

Αυτή η λύση μπορεί να αποτελεί μια ικανοποιητική προσωρινή λύση, αλλά πάσχει από δύο βασικά προβλήματα. Το FDDI δεν υποστηρίζει πλήρη ισοχρονισμό. Αυτό σημαίνει ότι όταν αυξηθεί το φορτίο του δικτύου, η ποιότητα της επικοινωνίας που εξασφαλίζεται δεν είναι ικανοποιητική. Από την άλλη πλευρά, το FDDI έχει πολλές βελτιώσεις αλλά παραμένει μια τεχνολογία κοινού φυσικού μέσου. Με την αύξηση των απαιτήσεων των εφαρμογών και της υπολογιστικής δύναμης των σταθμών, οι περιορισμοί που εμφανίζονται στο 16Mbps Token Ring θα παρουσιαστούν και εδώ. Δηλαδή προσεγγιστικά, το διαθέσιμο εύρος θα είναι το συνολικό διαιρεμένο με το πλήθος των σταθμών. Τέλος, το κόστος του FDDI είναι μεγάλο για να χρησιμοποιηθεί αποκλειστικά.

Σχήμα 7-15 : Διαίρεση τοπικού δικτύου σε τμήματα με
γέφυρες και δρομολογητές

Διαίρεση του Δικτύου σε Τμήματα

Μια μέθοδος για την μείωση του αριθμού των κόμβων ενός LAN είναι η διαίρεση του δικτύου σε τμήματα. Αυτό μπορεί να γίνει με γέφυρες[1] (bridges) και δρομολογητές (routers). Σε κάθε τμήμα, το εύρος ζώνης μοιράζεται μεταξύ λίγων κόμβων, όμως η λύση δεν είναι αποτελεσματική όταν το πλήθος των κόμβων είναι πολύ μεγάλο. Τότε θα απαιτηθούν πολλά τμήματα. Αυτό σημαίνει πολλές γέφυρες και δρομολογητές που θα πρέπει να συνδέονται με γρήγορες συνδέσεις. Όταν η κίνηση είναι μεγάλη, οι γέφυρες και οι δρομολογητές θα λειτουργήσουν ως στενώσεις (bottlenecks) του δικτύου. Επιπλέον, η οργάνωση και η συντήρηση μιας τέτοιας τοπολογίας είναι πολυέξοδη.

Dedicated Ethernet

Είναι δυνατόν να  γίνεται η σύνδεση των κόμβων ενός LAN χρησιμοποιώντας όλο το εύρος του, αν χωριστεί το δίκτυο σε τμήματα του ενός μόνο κόμβου. Αυτή η μέθοδος αποτελεί μια πρακτική λύση για την σύνδεση κόμβων που έχουν ειδικές ανάγκες, όπως συστήματα τηλεδιάσκεψης, χωρίς την αλλαγή της δικτυακής υποδομής. Και σε αυτήν την περίπτωση, όταν αυξηθεί το πλήθος των κόμβων παρουσιάζονται προβλήματα..

Σχήμα 7-16 : Dedicated Ethernet

LAN μεταγωγή πλαισίων

Είδαμε ότι το πρότυπο 10Base-T εισήγαγε την τοπολογία λογικού αστέρα με χρήση hubs. Επειδή η τοπολογία παραμένει ουσιαστικά αρτηρία, η πληροφορία φτάνει πάντοτε σε όλους τους κόμβους. Αν αντικαταστήσουμε το hub με ένα διακόπτη (switch), ο οποίος δεν προωθεί την πληροφορία σε όλους τους συνδεδεμένους με αυτόν κόμβους, αλλά μόνο στον πραγματικό παραλήπτη, τότε μπορούμε να έχουμε επικοινωνία ένας-προς-έναν. Αυτό το μοντέλο επικοινωνίας δύο κόμβων δεν επηρεάζει τους γειτονικούς κόμβους του δικτύου και προσφέρει όλο το εύρος του δικτύου στους κόμβους. Ένας διακόπτης μπορεί:

·       Να κάνει μεταγωγή σε επίπεδο πλαισίου (Ethernet, Token Ring, FDDI switch)

·       Να κάνει μεταγωγή κελιού (ATM switch)

·       Να αποθηκεύει και κατόπιν να προωθεί τα πλαισίων ή κελιών (buffered switch). Αυτό δίδει την δυνατότητα ανίχνευσης και διόρθωσης λαθών( error detection and correction) και προσαρμογή της επικοινωνίας μεταξύ γραμμών διαφορετικών ταχυτήτων.

·       Να προωθεί αμέσως τα πακέτα και τα κελιά  (cut-through switch) περιορίζοντας τις καθυστερήσεις.

Με χρήση διακοπτών μπορούν να συνδεθούν και διαφορετικής τεχνολογίας δίκτυα. Για παράδειγμα, μπορούν να συνδεθούν δύο ή περισσότερα Ethernet LAN διαμέσου μιας γρήγορης γραμμής, για παράδειγμα FDDI (backbone approach).

Σχήμα 7-17 : Τοπολογίες LAN με μεταγωγή πλαισίων

100Mbps Ethernet

Ο στόχος του γρήγορου Ethernet των 100Mbps είναι να ξεπεραστούν οι περιορισμοί του Ethernet, χωρίς όμως να χρειαστεί να εγκαταλειφθεί η υπάρχουσα η υποδομή και χωρίς να γίνουν νέες μεγάλες επενδύσεις για την εισαγωγή νέας τεχνολογίας. Υπάρχουν δύο ανταγωνιστικά πρότυπα που υλοποιούν αυτό το σχέδιο.

·       100Base-T

          Το πρώτο από αυτά, το 100Base-T είναι πλήρως συμβατό με το πρωτόκολλο CSMA/CD, έχει ταχύτητα 100Mbits/sec πάνω σε καλώδιο UTP και σε μέγιστη απόσταση 100 μέτρα. Υποστηρίζεται από εταιρείες όπως η 3Com, η SUN Microsystems και η Intel.

·       100Base-VG

          Το 100Base-VG είναι, όπως είπαμε, ανταγωνιστικό του 100Base-T και προωθείται από την AT&T και την Hewlett Packard με την υποστήριξη με της Novell και της Microsoft. Δεν είναι συμβατό με το πρωτόκολλο CSMA/CD, γιατί προσφέρει ένα καινούργιο το Demand Priority Protocol, το οποίο παρέχει μεγαλύτερη ασφάλεια. Επιπλέον, το νέο αυτό πρωτόκολλο προσφέρει και δυνατότητες ισοχρονισμού, ώστε να εξασφαλίζεται το απαιτούμενο εύρος ζώνης για τις εφαρμογές πολυμέσων.

Όταν έχουμε έναν ή λίγους κόμβους ανά τμήμα, η ταχύτητα αυτή είναι ικανοποιητική, αλλά στην ουσία απλώς μετακινεί τα ουσιαστικά προβλήματα του Ethernet λίγο πιο ψηλά. Όταν η κίνηση αυξηθεί ακόμα περισσότερο θα παρουσιαστούν τα ίδια φαινόμενα όπως στο απλό Ethernet. Το 100Base-VG υπόσχεται περισσότερα λόγω των δυνατοτήτων ισοχρονισμού.

Ισόχρονο Ethernet

Η ιδέα του ισόχρονου Ethernet (Isochronous Ethernet, isoENET) είναι να προστεθούν στο απλό Ethernet, 96 ανεξάρτητα κανάλια των 64Kbps.Οι κόμβοι μπορούν να επικοινωνούν με frames όπως στο απλό Ethernet, διαμέσου του καναλιού δεδομένων των 10Mbps, ή να εγκαθιστούν κυκλώματα επικοινωνίας αθροίζοντας μερικά από τα ανεξάρτητα κανάλια. Δηλαδή, το isoENET διακρίνει τις εφαρμογές σε δύο κατηγορίες: αυτές που απαιτούν ισόχρονες υπηρεσίες και αυτές που αρκούνται στο απλό Ethernet. Αυτή η κατηγοριοποίηση λύνει αρκετά προβλήματα, αλλά δεν είναι αρκετά ευέλικτη. Θα δούμε παρακάτω ότι νέες τεχνολογίες προχωρούν ένα βήμα παραπάνω, προσφέροντας περισσότερες διαβαθμίσεις ποιότητας υπηρεσίας.

Σχήμα 7-18 : Η βασική αρχή του ισόχρονου Ethernet

Το isoENET κάνει χρήση της υπάρχουσας υποδομής και προσφέρει μια λύση για εφαρμογές πολυμέσων με μέσες απαιτήσεις εύρους ζώνης. Το κανονικό κανάλι δεδομένων υποστηρίζει το multicasting εγγενώς. Αντίθετα, τα ισόχρονα κανάλια μεταγωγής κυκλώματος δεν είναι κατάλληλα για μαζική διανομή ροών δεδομένων. Μια τέτοια υπηρεσία μπορεί να υλοποιηθεί μόνο σε επίπεδο εφαρμογής.

LAN ATM με μεταγωγή κελιού

Όπως και σε άλλους τομείς της επιστήμης των υπολογιστών, έτσι και στα δίκτυα, η εξώθηση τεχνολογιών που έχουν ουσιαστικούς σχεδιαστικούς περιορισμούς, όπως το Ethernet, στα όρια τους, μειώνει το κόστος αλλά δεν αποτελεί μακροπρόθεσμη λύση. Η τεχνολογία που φαίνεται να συγκεντρώνει τις περισσότερες πιθανότητες να προσφέρει την υποδομή για τα δίκτυα πολυμέσων της επόμενη γενιάς είναι το ATM (Asynchronous Transfer Mode).

Το ΑΤΜ προσφέρει επικοινωνίες πολύ υψηλής ταχύτητας με μικρές καθυστερήσεις και μεγάλη ευελιξία προσαρμογής στις ιδιαίτερες ανάγκες του χρήστη. Τα βασικά χαρακτηριστικά του είναι:

·       Το ΑΤΜ έχει σχεδιαστεί για WANs (Wide Area Networks), αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για LANs (LAN ATM ή LATM)

·       Η πληροφορία μεταφέρεται σε σταθερού και μικρού μήκους τμήματα που ονομάζονται κελιά (cells).

·       Προσφέρει μια ποικιλία υπηρεσιών: ισόχρονο σταθερό bit rate (στην πράξη ένα κύκλωμα κατάλληλο για εφαρμογές όπως η τηλεφωνία), ισόχρονο μεταβλητό bit rate (για μεταφορά video για παράδειγμα) και διάφορα είδη υπηρεσιών δεδομένων. Κάθε ένα από αυτά τα είδη μπορεί να έχει μια ποικιλία ταχυτήτων που φτάνει μέχρι και μερικές εκατοντάδες Mbps.

·       Η αρχική μορφή του ορίζει ως βασική ταχύτητα τα 155Mbps αλλά  υπάρχει δυνατότητα για 622Mbps.

·       Έχει προταθεί ένας ρυθμός λειτουργίας του LATM ο οποίος προσομοιάζει την λειτουργία των συμβατικών δικτύων κοινού φυσικού μέσου. Αυτό σημαίνει ότι όλες οι υπάρχουσες εφαρμογές θα μπορούν να τρέξουν χωρίς αλλαγές πάνω σε LATM. Αυτή η προσέγγιση αναμένεται να βοηθήσει τη μετάβαση στη νέα αυτή τεχνολογία.

Τα παραπάνω χαρακτηριστικά καθιστούν το LATM ως την ενδεδειγμένη μακροπρόθεσμη λύση για τοπικά δίκτυα πολυμέσων. Παρ' όλα αυτά, υπάρχουν μερικοί παράγοντες που πρέπει να  λάβουμε υπ' όψη μας ώστε να μην έχουμε υπερβολικές προσδοκίες από τη πρώτη γενιά προϊόντων ATM. Οι περισσότεροι διακόπτες ΑΤΜ δεν δέχονται σήματα (signals) οπότε δυναμικές κλήσεις δεν μπορούν να πραγματοποιηθούν. Δεύτερον, δεν υποστηρίζονται όλες οι διαβαθμίσεις υπηρεσιών. Τρίτον, η εγγυήσεις του εύρους ζώνης εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την συγκεκριμένη υλοποίηση. Στη θεωρία, ένα δίκτυο ΑΤΜ δεν πρέπει να χάνει κελιά αλλά στην πράξη χάνει.

Το ΑΤΜ ως τεχνολογία που στηρίζεται σε επικοινωνία με σύνδεση, δεν μπορεί να προσφέρει εύκολα υπηρεσίες broadcasting. Είναι εύκολο να αντιγράφει ένας διακόπτης τα κελιά που εισέρχονται, αλλά ο συντονισμός όλων των διακοπτών ενός μεγάλου δικτύου ώστε το multicasting να είναι βέλτιστο, είναι πολύ δύσκολος και στα υπάρχοντα προϊόντα δεν υπάρχει.

Πάντως, πρόκειται για μια τεχνολογία που αν ωριμάσει και διαδοθεί αναμένεται να δώσει μεγάλη ώθηση στις δικτυακές εφαρμογές πολυμέσων.

Υβριδικό LAN ATM

Όπως και κάθε τεχνολογία υψηλής ταχύτητας, το ΑΤΜ μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε ως backbone που συνδέει τοπικά δίκτυα άλλης τεχνολογίας είτε ως αποκλειστική τεχνολογία που θα αντικαταστήσει όλες τις υπάρχουσες. Η υβριδική λύση του backbone μπορεί να αποτελέσει το πρώτο βήμα για την μετάβαση στο ΑΤΜ. Σε αυτό το σενάριο, ATM hubs συνδέονται με τα υπάρχοντα τοπικά δίκτυα προστατεύοντας έτσι τις υπάρχουσες επενδύσεις. Σε υψηλότερο επίπεδο υπάρχουν ATM switches τα οποία διανέμουν την πληροφορία στα hubs ή και απ' ευθείας σε κόμβους που έχουν ATM interface.

 Σύνοψη των διαφόρων ειδών τοπικών δικτύων