Sdílená vs. dedikovaná přenosová kapacita

Snad nejkritičtějším místem v celé oblasti vzájemného propojování sítí je praktická volba úrovně a způsobu, jakým má být internetworking realizován - mají být použity opakovače, mosty, switche, nebo raději směrovače? Dnes se touto otázkou začneme zabývat podrobněji.

Nečekejte ale od této rubriky jednoznačnou odpověď ve formě konkrétního návodu, či souboru jednoduše aplikovatelných pravidel, které vedou k jednoznačnému závěru - svět je mnohotvárný, každá síť je jiná, a v praxi hodně záleží i na mnoha dalších věcech typu charakteru provozu, harmonogramu pracovního dne, stylu práce uživatelů apod. Pojďme si proto raději popsat některé obecnější souvislosti, které by při vlastním rozhodování mohly pomoci.

Co je sdílená a co dedikovaná přenosová kapacita?

Lokální počítačové sítě, kterých se problematika vzájemného propojování (na nižších úrovních) týká asi nejvíce, prošly za dobu své existence nemalým vývojem. Velmi markantní je to zejména u Ethernetu, který dnes ve světě lokálních sítí jednoznačně dominuje.

Ethernet vzniknul jako řešení, uzpůsobené koncepci tzv. sdíleného média - tedy tomu, že více uzlů má k dispozici jedno společné přenosové médium, a všichni se musí dělit o jeho přenosové schopnosti (tj. sdílí jeho přenosovou kapacitu). Tento důležitý fakt byl dán charakterem kabeláže původního Ethernetu, který počítal pouze s použitím koaxiálních kabelů - na nich se vytvářely odbočky k jednotlivým uzlům, a tím také vznikala sběrnicová topologie Ethernetu. Praktickým důsledkem sdílení přenosového média (koaxiálního kabelu) pak byl všesměrový charakter vysílání - co jeden uzel vyslal do přenosového média (do "éteru"), to slyšely současně všechny ostatní uzly. Vzhledem k tomu pak samozřejmě bylo velmi žádoucí, aby v každém okamžiku vysílal vždy jen jeden uzel.

Na všesměrovém charakteru vysílání a nemožnosti současného vysílání více uzlů byla založena i přístupová metoda Ethernetu (metoda CSMA/CD), neboli metoda regulující přístup jednotlivých uzlů ke sdílenému přenosovému médiu a řešící kolizní situace při souběhu více požadavků na vysílání.

Ethernet se tak celkově stal "sdílenou technologií", a při určitém zjednodušení si lze představit, že v něm platila přímá úměrnost: používá-li jeho přenosové schopnosti (dané přenosovou rychlostí 10 Mbps) současně n dvojic komunikujících uzlů, připadá na každou komunikující dvojici jedná n-tá část společné přenosové kapacity. Je jistě zřejmé, že v praxi nemohlo ono "n" růst příliš vysoko.

Jakmile přerostlo určitou únosnou mez, bylo nutné učinit vhodná opatření, která by dokázala změnit sdílený charakter přenosového média - konkrétně rozdělit celý sdílený segment na několik dílčích částí, a ty propojit mezi sebou dostatečně inteligentními zařízeními, schopnými nešířit do ostatních částí takový provoz, který šířen být nemusí. Tím se zamezí tomu, aby zbytečně šířený provoz pasivně a neužitečně spotřebovával dostupnou přenosovou kapacitu i v těch částech sítě, kterých se netýká, a tato kapacita mohla být využita užitečnějším způsobem, pro "místní" komunikaci (která zase nebude šířena do jiných částí resp. segmentů). Ve výsledném součtu, přes celou soustavu vzájemně propojených segmentů, pak využití dostupné přenosové kapacity může překročit teoretických 100 procent (třeba i výrazně).

Optimálním cílovým řešením by byla situace, kdy by každé dva komunikující uzly měly určitou přenosovou kapacitu výhradně ke své dispozici, a nemusely se o ni dělit s žádnými dalšími uzly (tj. příslušná kapacita by pro ně byla trvale vyhrazena, resp. tzv. dedikována). V prostředí klasického Ethernetu by to znamenalo, že libovolné dva uzly by pro svou vzájemnou komunikaci měly k dispozici a výhradně pro sebe "plných 10 Mbps". Jde přitom o ideální stav, který je možné chápat jako druhý extrém, resp. protipól k situaci, kdy "všichni sdílí všechno". V praxi samozřejmě může nastat mnoho přechodných variant mezi oběma okraji.

Opakovače zachovávají sdílený charakter

Vraťme se nyní zpět ke vzájemnému propojování, k opakovačům, mostům, switchům a směrovačům - jak se tyto stavějí ke sdílené a dedikované přenosové kapacitě? V prvním přiblížení lze konstatovat, že opakovače zachovávají princip sdílení, zatímco ostatní druhy propojovacích uzlů nikoli.

Jak jsme si již uvedli v předchozích dílech, opakovače jsou relativně neinteligentní zařízení, která nedokáží poznat zda určitá data mají či nemají propustit i do ostatních směrů, a tak raději propouští úplně všechno. Tím pak ze segmentů, které propojují, vytváří jediný sdílený celek. Opakovače tedy zachovávají sdílený charakter přenosů.

Naproti tomu mosty, switche a směrovače již sdílený charakter přenosů nezachovávají. Jelikož to jsou inteligentnější zařízení, dokáží poznat situaci kdy určitý provoz může zůstat lokální v jedné části sítě a nemusí být šířen dál. Výsledným efektem je pak situace, kdy celkový součet všech "možností" ve všech částech takto propojené sítě přeroste to, čemu odpovídá standardních 10 Mbps Ethernetu. Je ale dobré si uvědomit, že zdaleka ještě nemusí jít o opačný extrém k plně sdílenému charakteru přenosů, neboli o existenci dedikované přenosové kapacity mezi libovolnými dvěma vzájemně komunikujícími uzly. V praxi se tomuto stavu lze hodně přiblížit (prostřednictvím switchů, které mají na každém svém portu jen jeden uzlový počítač), ale mnohdy je cílem spíše rozumný kompromis mezi oběma extrémy, který si všímá i dalších aspektů (jako třeba otázek bezpečnosti, přístupových práv apod.). Podrobněji se k těmto otázkám dostaneme v dalších dílech.

Opakovače nejsou mrtvé!

Z předchozího výkladu by se mohlo zdát, že opakovače jsou dnes již passé - když ostatní druhy propojovacích uzlů umožňují dosahovat lepších přenosových možností. Není tomu tak.

Jedním z důvodů může být cena - opakovače jako neinteligentní zařízení bývají obecně levnější než jiná inteligentnější zařízení. V současné době ale příslušné cenové rozdíly jsou již tak malé, že přestávají hrát významnější roli. Tu naopak stále hraje fakt, že v některých situacích mohou být opakovače výhodnější než jiné druhy propojovacích uzlů.

Pro správné docenění předchozí věty je vhodné si uvědomit, že přednosti chování mostů, switchů i směrovačů závisí také na druhu provozu v síti, a v určitých situacích se nemusí vůbec projevit (nebo se dokonce mohou projevit záporně). Představme si například takovou síť, ve které je jeden centrální server a několik stanic, a všechny tyto stanice komunikují pouze s centrálním serverem (a mezi sebou vůbec ne). Pak veškerý provoz v síti vede z resp. do jednoho bodu, a nelze jej tedy nikde lokalizovat. Kdyby se takováto síť kdekoli rozpojila a vzniklé části propojily něčím jiným než opakovačem, nepřineslo by to žádný pozitivní efekt z hlediska lepšího využití celkové dostupné přenosové kapacity. Dokonce by to v jednom ohledu přineslo i zhoršení: jelikož opakovače fungují v reálném čase, veškerý provoz jimi prochází s velmi malým zpožděním, srovnatelným spíše se zlomky bitových intervalů. Ostatní zařízení typu mostů a směrovačů již v reálním čase nefungují (protože data bufferují), a při jejich průchodu tak dochází k výrazně vyšším průběžným zpožděním než při průchodu opakovači.

Příznivý efekt mostů, switchů či směrovačů by se ve stejné síti projevil až v okamžiku, kdy by se změnil charakter provozu a některé stanice začaly komunikovat po dvojicích mezi sebou (viz druhý obrázek).

---