Если построить коммутаторы и маршрутизаторы с учетом будущих потребностей, то не придется заниматься модернизацией
Эрик фон Швебер
Маршрутизаторы и коммутаторы по праву можно отнести к числу наиболее сложных элементов сети предприятия. Зачастую они предъявляют более жесткие требования к памяти, чем большие симметричные многопроцессорные системы, управляющие всеми данными компании. Если объем ОЗУ окажется слишком мал, это проявится сразу же - сетевое устройство станет попросту недоступным. Но последствия нехватки памяти могут быть и не столь очевидными. Сеть будет работать, хотя ее производительность и эффективность резко снизятся: безо всякого предупреждения пользователи и приложения вдруг лишатся значительной части нужной им пропускной способности.
К счастью для тех, кто уже столкнулся с подобными неприятностями, большинство коммутаторов и маршрутизаторов легко поддается модернизации. И все же, собираясь приобрести новое оборудование, стоит заранее подумать о потенциальной нехватке памяти и оснастить маршрутизаторы и коммутаторы ОЗУ такой емкости, которая обеспечит развитие сети на ближайшие два-три года. Конечно, оценивая потребности в памяти, трудно обойтись без помощи производителей оборудования. Дополнительные мегабайты очень быстро себя окупят: цена устройства повысится ненамного, а общая стоимость владения при этом может стать гораздо ниже.
На нехватку памяти в маршрутизаторе или коммутаторе может указывать множество признаков. Среди них - частые “зависания” сети, недоступность службы протоколов IPX или AppleTalk. Подозрение может вызвать и устройство, к которому пользователю не удается подключиться через Telnet, и невозможность обновить таблицы маршрутизации. Особые трудности возникают, когда не запускается диагностический процесс.
Но к столь серьезным последствиям недостаток памяти приводит далеко не всегда. Гораздо чаще из-за него снижается производительность сети. Первым поводом для настороженности должен стать излишне высокий уровень потери пакетов и соответственно их бесконечное повторение (которое снижает эффективную пропускную способность устройства). К сожалению, потеря пакетов может быть вызвана и многими другими причинами, поэтому однозначно толковать такой признак нельзя. А вот снижение пропускной способности высокопроизводительных интерфейсов, таких, как Ethernet или Gigabit Ethernet, часто напрямую связано с нехваткой памяти.
Один из факторов, определяющих повышенные требования к емкости памяти, - масштаб сети. Очень большие сети со множеством протоколов и портов, где ведутся огромные таблицы маршрутизации и адресные таблицы второго уровня, осуществляется маршрутизация трафика ГВС, требуют неизмеримо больше памяти, чем небольшие компактные сети.
Возьмем, к примеру, маршрутизатор 7500 фирмы Cisco Systems. При емкости ОЗУ основного процессора 32 Мб он отлично справляется с таблицами, содержащими до 10 тыс. маршрутов. Когда же их число увеличивается до 25 тыс., потребность в памяти многократно возрастает, достигая 256 Мб.
Нагрузку на память повышают и несоответствия скорости, возникающие при переходе быстрой магистрали в более медленную, например, в синхронную оптическую сеть SONET. В таких случаях значительно увеличивается объем данных, хранящихся в буферах, что требует повышения их емкости.
Однако требования к памяти определяются не только количественными характеристиками сети. Не меньшую роль играет и качество. Поддержка в маршрутизаторах функции гарантированного качества обслуживания (QoS) значительно увеличивает очереди в потоках низших уровней, что требует большей емкости ОЗУ. В некоторых продуктах к таким же результатам приводит и коммутация третьего уровня. В ряде архитектур повышенные требования к объему памяти предъявляются и при смешивании протоколов. Например, при передаче IP поверх АТМ большие кадры могут переполнить буфер в ожидании безошибочного преобразования в ячейки и последующей передачи в сеть. Избавиться от этой проблемы помогает функция сброса пакетов (packet-discard), которую фирма Fore Systems и другие производители уже включают в свои АТМ-коммутаторы. Когда большие пакеты начинают занимать несоразмерно большое буферное пространство, они просто удаляются.
При появлении первых симптомов нехватки памяти нужно выяснить, в каком устройстве этот ресурс исчерпан. Для этого есть несколько способов. Можно воспользоваться SNMP, чтобы определить пиковый уровень использования памяти или ее минимальный остаток (правда, отчеты RMON позволяют судить о таких данных лишь косвенно). Хорошую помощь администраторам окажут записи о том, где и когда происходило переполнение буферов памяти. А операционные системы некоторых устройств, в том числе маршрутизаторов серии 7500 фирмы Cisco, о нехватке памяти сообщают непосредственно.
Убедившись, что наиболее вероятной причиной возникновения проблем в сети является нехватка памяти коммутатора или маршрутизатора, администратор должен в первую очередь посоветоваться с производителем устройства и лишь затем приступать к модернизации. В отличие от настольных и портативных компьютеров, где вся память сведена в ОЗУ и кэш, в современных маршрутизаторах и коммутаторах она может быть распределена по нескольким (до пяти) компонентам. Чаще всего отдельные ее элементы выпускаются разными производителями.
Многие продукты для хранения кода программы используют флэш-память. CoreBuilder 3500 корпорации 3Com, к примеру, для повышения отказоустойчивости снабжен гнездами для РС-карт, где сохраняется резервный образ системы.
Устройства всех производителей содержат один или несколько центральных процессоров и обслуживающую их память. Ее обновить нетрудно, так как сегодня большинство фирм используют в главном ОЗУ стандартные модули с однорядным расположением выводов (SIMM). В маршрутизаторе Cisco 7500 объем такой памяти может изменяться от 32 до 256 Мб.
Коммутатор CoreBuilder 3500 оснащается процессорами двух типов - процессором кадров и процессором приложений. Первый из них осуществляет обработку протокола IP и использует 4 Мб или больше памяти, а второй, с минимальным объемом ОЗУ 16 Мб, обслуживает, например, Open Shortest Path First (протокол предпочтения кратчайшего пути).
Благодаря разработанной корпорацией 3Com архитектуре FIRE (Flexible Intelligent Routing Engine - механизм гибкой интеллектуальной маршрутизации), CoreBuilder 3500 предъявляет к памяти несколько меньшие требования, чем другие коммутаторы. Здесь обработка значительной части информации возложена на заказные микросхемы (ASIC), оснащенные дополнительной памятью. При этом используются различные типы памяти, отличающиеся по производительности. Так, в главном ОЗУ устанавливаются стандартные микросхемы динамической памяти, тогда как в буферах - кристаллы синхронной памяти SRAM и синхронной динамической памяти SDRAM. Кроме того, в архитектуре FIRE применена специальная технология, заимствованная из области суперкомпьютеров, которая позволяет снизить требования к быстродействию кристаллов памяти. Запись и считывание данных происходит здесь параллельно в четыре банка.
Но памятью программ и процессоров дело не ограничивается. Как правило, в коммутаторах и маршрутизаторах используется и дополнительная память, размещаемая непосредственно на интерфейсных платах. Это еще больше усложняет задачи администратора, которому приходится определять объем ОЗУ, необходимый для процессора каждой такой платы и для ее буфера. А теперь добавьте ко всему сказанному, что эти платы порой приходится настраивать индивидуально, в зависимости от того, какие устройства они обслуживают, - и вы поймете всю сложность правильного выбора компонентов устройства.
В маршрутизатор Cisco 7500 можно установить до 11 интеллектуальных интерфейсных плат с ОЗУ емкостью от 32 до 128 Мб каждая. Возможность установки дополнительных микросхем приобретает особое значение, когда устройство оснащается платами VIP2-50 и на него возлагаются задачи маршрутизации третьего уровня. В этом случае таблицы маршрутизации перемещаются на интерфейсные платы, что еще более повышает требования к емкости их памяти.
Коммутатору CoreBuilder 3500 такие платы с расширяемой памятью не нужны, ведь в нем, как уже упоминалось, обработка сигнала возлагается на заказные микросхемы. Кроме того, в архитектуре FIRE буферизация пакетов производится в самый последний момент, непосредственно перед их передачей в сеть, поэтому выделенные буферы здесь не нужны. С этой задачей прекрасно справляются модули заказных микросхем, каждый из которых оснащается собственным нерасширяемым ОЗУ емкостью 1 Мб. В CoreBuilder 3500 можно установить до четырех таких модулей.
Фирма Bay Networks при разработке магистрального концентратора Backbone Concentrator Node избрала тот же путь, что и Cisco, т. е. сделала ставку на расширяемые интерфейсные платы. Этот магистральный концентратор представляет собой полномасштабную симметричную многопроцессорную систему, в которую можно установить до 13 центральных процессоров. Каждый из них размещается на отдельной плате, оснащенной разделяемым ОЗУ емкостью до 32 Мб. Таким образом, общая память устройства растет пропорционально количеству его интерфейсов.
Гораздо более скромные требования к памяти предъявляют устройства для АТМ-сетей, где эффективность обработки трафика значительно повышена благодаря фиксированной длине ячеек. Однако и здесь применяются многие базовые принципы, уже знакомые нам по Ethernet. Так, в АТМ-коммутаторе ForeRunner ASX-1000 фирмы Fore Systems помимо динамического ОЗУ главного процессора (его емкость может составлять от 16 до 64 Мб) используется и дополнительная память на платах выходных портов.
Капиталовложения в будущее
Увеличить объем главного ОЗУ в таких продуктах, как ForeRunner ASX-1000 или маршрутизаторы Cisco 7500, нетрудно. Однако лучше сразу приобрести устройство, настройка которого на весь срок его службы, т. е. на два-три года, избавит администратора от головной боли по поводу модернизации. Особое значение имеет правильное определение требуемой буферной памяти, ведь ее, в отличие от главного ОЗУ, в большинстве маршрутизаторов и коммутаторов увеличить невозможно. Определить, какой объем памяти потребуется в будущем, - задача непростая. Решить ее едва ли удастся без консультации с производителем или технически подготовленным реселлером.
Установка избыточной памяти, которая пока вроде бы и не нужна, повысит цену устройства на 5 - 10%. Но если не установить ее сразу, впоследствии вывод оборудования из эксплуатации и его модернизация на месте обойдутся намного дороже. Нельзя забывать и о побочных эффектах, таких, как снижение производительности сети из-за нехватки памяти. Так что нет ничего удивительного, что в последнее время производители отмечают всплеск интереса к старшим системам, оснащенным ОЗУ максимально допустимого объема либо допускающим простую модернизацию памяти.
Небольшим компаниям, которые приобретают оборудование по почте или у реселлеров, стоит серьезно подумать о емкости главного ОЗУ. Она должна быть как можно больше, скажем 8 Мб вместо стандартных 4 Мб. Такой подход позволит впоследствии расширять сеть, не заботясь о модернизации подсистемы памяти. В этом маршрутизаторы и коммутаторы несколько отличаются от настольных систем: экономия на их конфигурации неизбежно отрицательно сказывается на работе пользователей и прибавляет забот администратору. 4
Эрик фон Швебер - руководитель научно-исследовательской организации Infomaniacs (Сидона, шт. Аризона), которая специализируется в конвергенции технологий. Связаться с ним можно по адресу: thinktank@infomaniacs.com или через Интернет: www.infomaniacs.com.
Жажда памяти
Факторы, повышающие требования маршрутизаторов и коммутаторов к емкости памяти.
- Обеспечение гарантированного качества обслуживания (QoS)
- Переход быстрой магистрали в медленный канал
- Большие таблицы маршрутизации
- Большие адресные таблицы второго уровня
- Коммутация третьего уровня
- Большое количество поддерживаемых протоколов
- Увеличение числа интерфейсов
- Смешивание протоколов, например передача IP поверх АТМ
- Маршрутизация глобальных сетей
