Отказоустойчивые Сети

Рубрика: Сети

Здравствуйте, уважаемые читатели блога okITgo.ru! Тема сегодняшней статьи будет посвящена отказоустойчивым сетям (таким как Интернет), тому как они были придуманы и появились на свет, на каких принципах такие сети работают и на каких предпосылках основана инфраструктура этих сетей.


Отказоустойчивая Сетевая Архитектура

Начнем с истории. Интернет изначально появился как результат исследования, финансируемого Департаментом Обороны Соединенных Штатов (Department of Defense или DoD). Его основной целью было создание средств коммуникации, которые могли бы выдержать разрушение многочисленных локаций и устройств передачи без краха всего коммуникационного сервиса. Следовательно, отказоустойчивость была первостепенной задачей усилий по работе над проектом внутреннего сетевого комплекса. Ранние исследователи сетей смотрели на существующие коммуникационные сети, которые были главным образом предназначены для передачи голоса, с тем, чтобы определить, что можно было бы сделать для улучшения степени отказоустойчивости.


Сети с Коммутацией Каналов, Требующие Установления Соединения

Телефонная Сеть - пример Сети с Коммутацией Каналов

Чтобы понять задачу, с которой столкнулись исследователей DoD, необходимо рассмотреть, как работали более ранние телефонные системы. Когда человек делает звонок, используя обычный телефонный аппарат, этот звонок сначала проходит через процесс установки соединения, в котором должны быть определены все телефонные коммутаторы, расположенные между этим человеком и телефонным аппаратом назначения (адресатом звонка). Создается временный маршрут (или цепь), проходящий через все эти коммутаторы, который используется в течение всей продолжительности телефонного звонка. Если любая связь или устройство, участвующее в цепи, терпит сбой, звонок сбрасывается. Для повторного соединения должен быть сделан новый звонок и создана новая цепь между телефоном-источником и телефоном назначения. Этот тип сети, требующий установления соединения, называется сетью с коммутацией каналов (или линий). Ранние сети с коммутацией каналов не могли динамически пересоздавать сброшенные соединения. Чтобы восстановить соединение после сбоя, необходимо было инициировать новый звонок, чтобы создать новую сквозную цепь.

Большинство сетей с коммутацией каналов отдают приоритет поддержанию существующих соединений (цепей), в ущерб запросам создания новых цепей. В этом типе сети с коммутацией каналов, как только цепь устанавливается, даже если не происходит никакого разговора между людьми на каждом конце телефонного соединения, цепь продолжает существовать, а используемые ею ресурсы остаются заблокированными, пока одна из сторон не прекратит звонок. Поскольку существует конечное число возможных цепей, можно получить сообщение, что все цепи заняты и сделать звонок невозможно. Затраты, необходимые для создания большого числа альтернативных линий с достаточными возможностями на поддержку требуемого числа одновременных цепей, а также технологии, необходимые для динамического пересоздания сброшенных цепей в случае сбоя, привели DoD к рассмотрению других типов сетей.


Сети с Коммутацией Пакетов Без Установки Соединения

Интернет - пример Сети с Коммутацией Пакетов

В поисках сети, которая бы выдержала потерю существенного числа своих средств передачи и коммутации, первые проектировщики Интернета переоценили более ранее исследование, которое касалось сетей с коммутацией пакетов. Препосылкой для этого типа сетей является то, что одно сообщение может быть разбито на несколько блоков сообщения. Отдельные блоки содержат адресную информацию, указывающую как на точку отправки, так и на пункт назначения. Используя эту встроенную информацию, эти блоки сообщения, называемые пакетами, могут быть посланы по сети вдоль различных маршрутов, и могут затем быть собраны заново в исходное сообщение, как только достигнут своего назначения.


Использование Пакетов

Устройства внутри сети сами по себе не знают о содержимом отдельных пакетов, они видят только адрес назначения и адрес следующего устройства на пути к этому пунтку назначения. Не создается никакой выделенной цепи между отправителем и получаталем. Каждый пакет посылается независимо из одной локации (места), где происходит коммутация (переключение), к другой. В каждой локации принимается решение о дальнейшем маршруте, который будет использоваться для направления пакета к месту назначения. Если используемый в предыдущий раз маршрут более не доступен, функция маршрутизации может динамически выбрать следующий наилучший доступный маршрут. Поскольку сообщения посылаются кусками, а не одним целым сообщением, несколько пакетов, которые были потеряны в следствие сбоя, могут быть переотправлены к месту назначения по другому маршруту. В большинстве случаев конечное устройство не знает, что произошел какой-то сбой или повторная маршрутизация.


Сети с Коммутацией Пакетов, НЕ Требующие Установки Соединения

Исследователи DoD понимали, что сеть с коммутацией пакетов, не требующая установки соединения, имеет возможности, необходимые для поддержки отказоустойчивой сетевой архитектуры. Необходимость в одной, выделенной цепи от одного конца к другому отпадает в сети с коммутацией пакетов. Каждый кусок сообщения может быть послан по сети, используя любой доступный маршрут. Пакеты, содержащие кусочки сообщений из различных источников могут “путешествовать” по сети в одно и то же время. Проблема цепей с низким коэффициентом использования или бесполезных цепей исключается – все доступные ресурсы могут использоваться в любое время для доставки пакетов к их местам назначения. С помощью метода динамического использования избыточных маршрутов, без вмешательства пользователя, Интернет стал отказоустойчивым, масштабируемым способом коммуникаций.


Сети, Требущие Установки Соединения

Хотя сети с коммутацией пакетов, не требующие выделенного соединения, удовлетворили потребности DoD и продолжают оставаться основной инфраструктурой сегодняшнего Интернета, есть несколько положительных моментов в системах с установкой соединения, таких как телефонная система. Поскольку ресурсы в различных коммутационных локациях выделяются для поддержки конечного числа цепей, качество и согласованность сообщений, передаваемых через сеть с установкой соединения, могут быть гарантированы. Другой плюс в том, что провайдер сервиса может брать плату с пользователей сети за то время, в течение которого соединение активно. Возможность брать плату с пользователей за активные соединения в сети является основной предпосылкой в отрасли сервисов телекоммуникации.

Спасибо за внимание! До новых встреч на страницах сайта okITgo.ru.

Рубрика: Сети