Рождены для скорости

Четыре скорости ускорения компьютерной сети издательства

Дизайнеры, верстальщики и печатники в своей работе все больше и больше полагаются на локальные сети. Если сеть предоставляет удобные условия для работы, их труд производителен. Если нет, то, возможно, пришла пора навести порядок на старом участке и добавить новое программное и аппаратное обеспечение или даже полностью отказаться от старой сети и построить новую с нуля.

В этой статье на примере четырех сервис-бюро мы рассматриваем пути расширения узких мест в сети. Решения, на которых остановились эти сервис-бюро, различаются по цене и сложности: Brook Litho применило недорогой программно-ориентированный подход для распределения трафика (трафиком называют уровень загруженности канала) от возросшего числа компьютеров Macintosh без перепланировки сети; Circus Lithographic Prepress переоборудовало только наиболее загруженную часть сети; Hartman Consumer Group вначале осуществило реструктуризацию, затем произвело добавления; North America Color свернуло имеющуюся сеть и на ее месте построило новую.

Так как некоторые элементы используются всеми четырьмя компаниями, мы начнем с небольшого экскурса в сетевые технологии. Топология или "план" сети может быть двух основных видов: шина и звезда. В топологии "шина" сетевые устройства располагаются как комнаты вдоль коридора, а в топологии "звезда" сетевые устройства подключаются к центральному концентратору.

Простейшей моделью в обоих случаях является разделяемая сеть. В разделяемой линейной сети все устройства совместно используют одну и ту же шину ("коридор"). В разделяемой звездчатой сети концентратор делит полосу пропускания между устройствами. Обе модели могут оказаться неэффективными, так как если одновременно передают две или более машин, то передачи вступают в конфликт, и все машины в сети должны какое-то время ждать, прежде, чем повторить передачу. В этой ситуации на помощь приходит сегментация. При обеих топологиях сеть может быть поделена на сегменты: когда две машины из одного сегмента обмениваются данными друг с другом, трафик между ними не выходит за пределы сегмента. Таким образом, если пользователи сети могут быть естественным образом поделены на рабочие группы, то сегментация позволяет удержать трафик рабочей группы в пределах выделенного ей сегмента.

Сети со звездчатой топологией идут еще дальше: они могут быть коммутируемыми, а не только разделяемыми или сегментированными. Это означает, что каждое подключенное устройство получает свой собственный сегмент: чистый канал без коллизий. Таким образом, если 12-портовый разделяемый концентратор Ethernet обеспечивает совокупную пропускную способность в 10 Мбит/с, то 12-портовый коммутируемый концентратор Ethernet обеспечивает 10 Мбит/с на каждый порт, что в сумме дает 120 Мбит/с.

Помимо свободных каналов коммутируемые сети обладают и другим преимуществом: интеллектом. Разработка интеллектуальных коммутируемых технологий означает, что так называемые интеллектуальные концентраторы могут теперь следить за трафиком в сети и предоставлять средства для автоматической диагностики сбоев. Допустим, администратор сети (человек) выяснил, что устройство передает испорченные данные. Изолировав порт, администратор тем самым дает возможность остальным устройствам пользоваться сетью, пока он устраняет проблему. Большинство интеллектуальных концентраторов могут осуществлять такую изоляцию автоматически. Благодаря подобным возможностям, интеллектуальные концентраторы быстро сменяют сети с шинной топологией.

Сервис-бюро, взятые нами в качестве примеров, использовали комбинации из шести сетевых технологий и трех типов кабелей (в нашем словарике они расположены в порядке возрастания стоимости).

Каждой сетевой технологии обычно соответствует конкретный тип кабеля. Например, FDDI работает по определению на оптоволокне, в то время как CDDI на витой паре. Еще десять лет назад Ethernet действовал только на коаксиальном кабеле (данный стандарт называется 10Base-2 Ethernet), но в наши дни он в основном работает по витой паре Категории 5 (стандарт называется 10Base-T Ethernet). Fast Ethernet проектировался для работы на витой паре Категории 5 (100Base-T Fast Ethernet). ATM может работать как на оптоволокне, так и на неэкранированной витой паре Категории 5.

Решения для одной комнаты

Иногда, вместо переезда в другое помещение или расширения старого, можно обойтись и тем, что есть, за счет более эффективного использования имеющейся площади. Этой стратегии придерживалось Brook Litho, сервис-бюро из Мейвуда, шт. Нью-Джерси, когда решило установить RunShare.

После десяти лет работы в качестве prepress trade shop, в 1994 году Brook взялось выполнять функции сервис-бюро с одним Macintosh Quadra 840AV и фотонаборным автоматом Konica ECRM. "Поначалу никаких проблем не возникало, - говорит владелец Генри Баллоне. - Однако объем работ удваивался каждые восемь месяцев, и мы добавили еще одну рабочую станцию PowerMac, затем еще одну и еще".

Мы уже с трудом могли вспомнить, на каком компьютере выполняется та или иная работа; кроме того, стали возникать конфликты между сотрудниками из-за нехватки компьютеров. Эти проблемы мог решить сервер. Однако в Brook Litho знали, что 10Base-T Ethernet, достаточно быстрый для печати на фотонаборном устройстве, действует чересчур медленно при передаче больших графических файлов от компьютера к компьютеру: для переноса файлов между машинами сотрудники Brook использовали съемный диск SyQuest на 200 Мбайт.

В качестве возможных решений для ускорения передачи файлов рассматривались Fast Ethernet и коммутируемый Ethernet, пока Баллоне не увидел демонстрацию RunShare, расширения системы Macintosh для ускорения передачи файлов на удаленные компьютеры, а также операций открытия и сохранения в ряде приложений, включая Adobe Photoshop, Adobe Illustrator и Macromedia FreeHand.

RunShare для сервера AppleShare или одноранговой сети System 7.0 передает данные быстрее за счет уменьшения пустых промежутков между пакетами AppleTalk. (Протокол AppleTalk предусматривает значительные накладные расходы на поддержку многоточечных соединений в сложных сетях. RunShare реализует простые соединения точка-точка, при которых время, расходуемое на дополнительную обработку, минимально.)

Рассмотренные Brook Litho аппаратные решения обошлись бы бюро в 10000 долл. Демонстрация показала Баллоне, что RunShare способно утроить скорость передачи файлов по сети - это дает большую производительность, чем аппаратное решение при впятеро меньших затратах. В комплект поставки стоимостью 2299 долл. входит также карта-ускоритель графического сервера (она позволяет иметь одновременно несколько соединений с сервером, поддерживает операции открытия и сохранения в QuarkXPress и ускоряет печать).

Реализация новой схемы не вызвала больших затруднений. Баллоне перепрофилировал PowerMac 8100 в файловый сервер и перенес три диска на 4 Гбайт с рабочих станций на сервер. Сотрудники копировали файлы на рабочую станцию Macintosh для работы, а после завершения работы копировали файлы назад на сервер. "Мы обнаружили, что наша работа на локальном компьютере пошла быстрее и стала чище", - рассказывает Баллоне и добавляет, что когда они попытались редактировать непосредственно на файловом сервере, то столкнулись с какой-то ошибкой - XPress зависал при выполнении в среднем одного из десяти заданий. (Эта ошибка впоследствии была исправлена - бесплатное обновление можно получить у Run.) Кроме того, крупные задания на сервере выполнялись гораздо медленнее. В то же время если раньше процедура копирования файла на сервер занимала 15 минут, то с установкой RunShare этот же файл копируется за 5 минут. "Это легко проверить, - замечает Баллоне. - Файл сохраняется сначала с включенным, а затем с выключенным расширением RunShare". По оценкам Баллоне, они экономят до часа в день благодаря RunShare.

Другие программные решения для ускорения передачи крупных файлов по локальной сети: CopyDoubler (в составе Norton DiskDoubler Pro) от Symantec, TurboTalk от Information Presentation Technologies и Ditto от Spectra.

Перепланировка

Если вы большую часть времени проводите на кухне и в спальне, то перепланировка именно этих комнат принесет наибольшую отдачу на каждый вложенный доллар. Для Circus Lithographic Prepress, небольшого сервис-бюро из Сан-Франциско, сканер и сервер и были теми самыми "кухней" и "спальней".

Circus начинало свою деятельность в 1990 году с сети LocalTalk, а годом позже перешло на тонкий Ethernet ("тонким" называют стандарт Ethernet для работы на тонком коаксиальном кабеле) для достижения большей производительности при печати с компьютеров Macintosh на фотонаборный автомат Linotronic 300.

Первым "файловым сервером" Circus были 150-мегабайтные картриджи Bernoulli, используемые для переноса больших файлов между компьютерами Macintosh. По мере роста сети такое положение дел стало совершенно неудовлетворительным, в особенности когда бюро купило цветной планшетный сканер Linotype-Hell S2000 и начало создавать большие архивы файлов, причем каждый файл занимал отдельный диск Bernoulli.

"Мы понимали, что нам нужен сервер, - отметил Биркензеер. - Мы хотели сканировать изображения, сохранять их на сервере и обращаться к ним с любого Macintosh в сети". Однако опыт подсказывал им, что Ethernet при передаче крупных файлов работает медленно.

Circus вначале намеревалось установить мощный сервер или рабочую станцию под Unix либо Windows NT. Однако сервер за 50 тыс. долл. был бы слишком дорогим удовольствием для такой небольшой компании, кроме того, внедрение Unix или NT потребовало бы переобучения сотрудников, прежде работавших только с Macintosh. "Мы решили найти решение для Macintosh, так как в этом случае смогли бы разобраться сами в возможных неполадках", - поясняет Биркензеер.

В конце концов Circus выбрало MediaNet компании Sonic Solution, клиент-серверную сетевую систему на базе Macintosh. Программная часть MediaNet - это два системных расширения, позволяющие MediaNet записывать данные на диски большими блоками и оптимизирующие протокол AppleTalk для работы с FDDI и CDDI.

Аппаратное обеспечение состоит из плат NuBus для клиента и сервера со встроенными оперативной памятью и процессорами (это позволяет достичь высокой скорости передачи данных без снижения производительности компьютеров Macintosh). MediaNet работает как с FDDI, так и с CDDI, поэтому Circus проложило проводку из витой пары Категории 5 взамен прежней и приобрело коммутирующий концентратор Network Peripherals Eifo Client-Server с 12 коммутируемыми портами Ethernet и коммутируемой платой CDDI.

Circus установило всего две серверных платы MediaNet: одну на станции PowerMac 8100 с подключенным сканером, другую на сервере Mac IIci. (Circus вполне устроил относительно маломощный Mac в качестве сервера, потому что процессор компьютера не участвовал в операциях доступа к диску или передачи по сети.) Согласно расчетам Биркензеера, скорость передачи данных от сканера к серверу составляет в среднем 1,2 Гбайт при использовании MediaNet. "Этот способ не так быстр, как доступ к локальному массиву дисков, - поясняет Биркензеер, - но он обеспечивает адекватную для наших целей пропускную способность". Семь клиентских Mac, на которых платы MediaNet не были установлены, имеют скорость передачи около 150 Кбит/с.

Конечно, она обошлась недешево, но MediaNet отрабатывает затраченные на нее средства. Данная система позволила Circus оптимально решить проблемы без усложнения сети в целом и без затрат на новую операционную систему для сервера.

MediaNet не единственная возможность, которой располагало сервис-бюро Circus. Другим продуктом для разделения крупных файлов в пределах небольшой рабочей группы является SCSI-Net III от Transoft Technology, решение с концентратором на базе SCSI. Максимальная пропускная способность подобной системы 40 Мбит/с. Все изображения хранятся централизованно в цепочке накопителей, подсоединенной к серверу SCSI-Net; при этом рабочие станции воспринимают жесткие диски как собственные.

Сторителество пристроек

Когда все живут в одной большой комнате, то жильцы начинают путаться друг у друга под ногами. Для дизайнерского и производственного центра Hartman Consumer Group, производителя высококлассной аудиоаппаратуры, сегментация существующего концентратора Ethernet и добавление нового сегмента в виде концентратора существенно снизили вероятность конфликтов при печати с высокомощных графических рабочих станций. В результате скорость печати значительно повысилась.

Дизайнерская и производственная группа из Вудбьюри, шт. Нью-Йорк, начала свою работу в 1993 году с сети из трех рабочих станций Macintosh, 24-разрядного сканера Umax UC840, монохромного лазерного принтера QMS 860 и неинтеллектуального односегментного концентратора Ethernet. Файлового сервера не было, сотрудники использовали сеть главным образом для общего доступа к сканеру и лазерному принтеру. "По мере роста подразделения, - отмечает администратор сети Ричард Гун, - наша сеть стала больше и лучше".

"Лучше" означает появление трех PowerMac 8100s, цветного принтера QMS CS230, 30-разрядного сканера Umax PowerLook и Quadra 950 в качестве файлового сервера. "Больше" означает, что графические файлы по объему в среднем стали равны 300 Мбайт. "Данная группа постоянно работала с документами размером 17x19 дюймов в Photoshop", - рассказывает Харвей Коген, консультант из HCS Training Center, обучающей фирмы, которую наняло Hartman. "Они делали все, от оберток до оформления выставочных павильонов".

Старый концентратор Ethernet не справлялся с работой главным образом потому, что не поддерживал сегментации и не обладал автоматической изоляцией устройств, передача с которых приводит к избыточным коллизиям. Единственным средством в этом случае было отсоединение конфликтующего устройства от сети вручную. В результате один пользователь, пытающийся распечатать файл на 500 Мбайт, мог "подвесить" всю сеть. Проблема была вовсе не в том, что печатное задание требовало всей доступной полосы пропускания (редкое устройство печати может обрабатывать данные со скоростью более 5 или 6 Мбит/с). Задание приводило к росту сетевого трафика до такого объема, при котором вероятность коллизий становилась очень большой.

Hartman хотелось приобрести концентратор с автоматической изоляцией портов для остановки нарастания коллизий. Кроме того, этот концентратор должен был сегментироваться - сегментация сама по себе снижает вероятность коллизий.

Для этой цели компания вначале приобрела NetStacker, 24-портовый сегментируемый интеллектуальный концентратор Ethernet от Asante Technologies. (Аналогичные продукты можно купить у Farallon Computing и Grand Junction Networks и в ряде других компаний.) Автоматическая изоляция портов тут же поставила барьеры на пути коллизий: если какой-либо порт на NetStacker испытывает свыше 32 последовательных коллизий, то NetStacker запирает порт. После того как порт перестает испытывать коллизии, он включается вновь.

Однако изоляцию портов можно сравнить с первой помощью. Hartman же хотело избавиться от болезни, а не лечить ее. Профилактика стала еще актуальней после размещения в сети Canon Color Laser Copier 800 c Fiery 200I RIP. Пользователи IBM-совместимых ПК в других отделах компании также были подсоединены через Ethernet к концентратору с тем, чтобы можно было использовать средства вывода группы дизайна. С ростом трафика производительность и продуктивность сети значительно снижались.

Мало того, ближайшие планы центра предусматривали добавление трех новых графических рабочих станций PowerMac 9500 и многопроцессорной DayStar Genesis.

Если бы дело было только в увеличении числа портов, то группа могла бы просто добавить еще один NetStacker. Как следует из названия, концентратор является стековым - два или три устройства могут быть соединены друг с другом без помощи кабеля в один 48-портовой или 72-портовый концентратор. Большее количество NetStacker не увеличило бы числа сегментов. Вместо этого Harmon решило подключить новые PowerMac и DayStar Genesis к новому 12-портовому концентратору Fast Ethernet AsanteFast 100TX для создания отдельного сегмента. (Аналогичные продукты имеются у Bay Networks и Farallon Computing.) Новый концентратор обеспечил большую изоляцию крупных заданий на печать, защитив от них другие рабочие станции.

Для соединения концентраторов Ethernet и Fast Ethernet, Hartman приобрело мост AsanteFast 10/100 Bridge. Мост и связывает и разъединяет концентраторы: он передает только пакет, предназначенный другому концентратору.

На концентраторе Ethernet все принтеры теперь получили по отдельному сегменту. Это означает, что, когда мощная рабочая станция осуществляет печать, это не влияет на работу файлового сервера и других рабочих станций на концентраторе Ethernet. Сегментация изолирует и принтер, и обращающуюся к нему рабочую станцию от остальной сети. Таким образом, она предотвращает коллизии и оставляет другим пользователям от 4 до 5 Мбит/с полезной пропускной способности. Некоторые из принятых Hartman решений отражают потребность в закладке фундамента для последующего роста сети. Пропускная способность Fast Ethernet, например, не привела к значительному росту производительности сети в силу того, что все сетевые ресурсы по-прежнему подключены к концентратору Ethernet, - медленный концентратор является слабым звеном для любых операций в сети. Однако концентратор Fast Ethernet все-таки вызвал рост производительности на 30-40%, главным образом, за счет сегментации наиболее объемных печатных заданий. Нет никаких сомнений, что при постоянном росте требований к сети группа уже в ближайшее время найдет применение пропускной способности Fast Ethernet.

---

От основания до вершины

В начале 1995 г. North American Color из Каламазу, шт. Мичиган, демонтировала устаревшую локальную сеть и построила на ее месте сеть следующего тысячелетия. NAC - крупное сервис-бюро и типография, среди клиентов которой Time Life Books, National Geographic Society и General Motors. Локальная сеть NAC была обычной сетью Ethernet на 10 Мбит/с. В одном сегменте размещались компьютеры Macintosh, ПК и рабочие станции Unix, файловый сервер AppleShare, три процессора растровых изображений (RIP) от Agfa, один PostScript 2 RIP от Scitex, крупноформатный барабанный фотонаборный автомат Agfa Avantra 44 и Scitex Dolev.

Вначале клиенты Macintosh с успехом использовали Ethernet для отправки файлов на RIP и для разделения файлов на файловом сервере AppleShare. Когда число Mac-клиентов выросло до 50, ситуация стала напоминать пробку, когда 50 тяжело груженных трейлеров пытаются проехать по одноколейной сельской дороге. Попытки переслать графические файлы высокого разрешения по сети приводили к таким серьезным задержкам в работе, что 70% работ приходилось проводить локально на рабочей станции во избежание обращений к сети. Сотрудники переносили файлы "на своих двоих", т.е., при помощи мобильных носителей - оптических дисков и съемных жестких дисков. "Наш президент по этому поводу шутил, дескать, не пора ли нам нанять Летающего Джордана для увеличения производительности", - смеется Сью Лето, менеджер по техническому обеспечению продаж.

Даже при условии, что сотрудники старались по возможности избегать использования сети, "крупные массивы данных просто переполняли сеть, и пропускная способность системы была нулевой". Рабочие станции часто зависали, а неустойчивая производительность системы приводила к срыву жестких графиков работы.

В качестве первоочередной меры NAC попыталось установить вторую плату Ethernet на файловый сервер, создав две зоны AppleTalk, каждая в своем собственном сегменте Ethernet. Трафик преимущественно не выходил за пределы своей зоны. Зоны расширили одноколейную дорогу до двухколейной и наполовину снизили вероятность коллизий в сети. Однако такое решение, как оказалось, имеет и оборотную сторону: файловый сервер AppleShare вынужден был действовать как маршрутизатор, т.е. он анализировал каждый пакет AppleTalk и пересылал их между зонами в случае необходимости. Маршрутизация требовала таких затрат ресурсов процессора, что производительность сервера упала до неприемлемого уровня. Что касается трафика между Macintosh и RIP, сотрудники стали использовать сеть снова, узнав об удвоении пропускной способности, и, как следствие, трафик вновь возрос. Раз за разом трафик к RIP приводил к такому замедлению работы всего оборудования, что файловый сервер отключал автоматически всех неотвечающих клиентов.

Очевидно, NAC нужна была гораздо большая совокупная пропускная способность. Кроме того, каждый пользователь нуждался в гарантированной полосе пропускания. Решение NAC частью относилось к сети, а частью - к серверу. Что касается сети, фирма приобрела шесть коммутирующих концентраторов для локальной сети: три 12-портовых концентратора EIFO Plus от Network Peripherals и три 48-портовых концентратора Omni-9 OmniSwitch от Xylan. Коммутирующие концентраторы дали каждому подключенному устройству собственный сегмент - коммутируемый концентратор Ethernet, например, предоставляет каждому устройству чистый канал на 10 Мбит/с. Однако среди концентраторов NAC концентратор Ethernet на 10 Мбит/с самый медленный. Концентраторы Eifo Plus поддерживают и Ethernet, и Fast Ethernet. Концентраторы OmniSwitch поддерживают Ethernet, Fast Ethernet, FDDI и ATM. Компьютеры Macintosh и ПК подключаются к концентраторам через Ethernet или Fast Ethernet в топологии звезда. Концентраторы, в свою очередь, соединяются через FDDI.

Одновременно с покупкой концентраторов NAC приобрела три машины под Unix - Challenge L и Challenge S от Silicon Graphics и SPARCstation 10 Model 51 от Sun Microsystems в качестве серверов изображений и для отслеживания и оценки заданий. На три сервера NAC установила открытые интерфейсы подготовки печати EtherShare от Helios USA для автоматической замены файлов изображений низкого разрешения на хранящиеся на сервере файлы высокого разрешения при печати документа. Каждый сервер подключен к двум концентраторам OmniSwitch и к одному концентратору EifoPlus через три платы FDDI, имеющиеся на каждом сервере. В этом случае если какой-либо концентратор выходит из строя, то у сервера остается еще два соединения с другими концентраторами. Серверы в качестве эксперимента также подключены к концентраторам через платы ATM от Fore Systems. ATM - отправная точка NAC для рывка в следующее тысячелетие - обеспечивает высокую пропускную способность и идеально подходит для передачи мультимедийного трафика. По сегодняшним меркам, считающаяся дорогостоящей передовая технология ATM в ближайшие пять-десять лет, по мнению многих, заменит три остальные технологии локальных сетей.

Комбинированное решение для сети и сервера дало возможность помимо трех серверов Unix поддерживать еще 12 рабочих станций Unix (большая часть которых от Silicon Graphics), около 100 Macintosh, свыше 20 ПК плюс сканеры, фотонаборные автоматы, системы цветопробы, интерфейсы RIP к шестицветному принтеру Speedmaster 102-SL от Heidelberg.

Как и следовало ожидать, сеть обошлась недешево. Сервер Challenge L c подсистемой RAID на 68 Гбайт и накопителем на магнитной ленте DLT на 40 Гбайт стоит около 280000 долл., а это только один из дорогостоящих компонентов. Кроме того, значительные средства были потрачены на новую кабельную систему FDDI и Ethernet. Кант оценивает общие затраты в сумму около 1,1 млн. долл., включая 150 тыс. долл. на установку оборудования и прокладку кабеля.

Несмотря на высокую цену, сеть по-прежнему имеет несколько узких мест. Например, платы Fast Ethernet для серверов Silicon Graphics никем не выпускаются. В целом, однако, новая система оправдывает вложенные затраты. По оценкам Канта, производительность сети возросла на 40%, продуктивность удвоилась, а рабочие станции перестали блокироваться.

---

Технологии локальных сетей

LocalTalk: Очень недорогая сеть на 230 Кбит/с, связывавшая первые Macintosh. LocalTalk может связывать ограниченное число устройств на ограниченном расстоянии.

Ethernet: Этот испытанный и надежный помощник часто предлагается вместе с компьютерами, платы расширения стандартизованы и недороги.

Fast Ethernet: Новая технология на 100 Мбит/с имеет наименьшее соотношение цена/производительность на рынке.

Fiber Distributed Data Interface (FDDI): Отказоустойчивая технология на 100 Мбит/с способна обеспечить связь даже при сбое концентратора или повреждении кабеля.

Copper Distributed Data Interface (CDDI): Этот стандарт распространяет протокол FDDI с оптоволокна на медную проволоку.

Asynchronous Transfer Mode (ATM): Нарождающаяся технология на 155 Мбит/с предназначена для передачи данных, голоса и видео.

---

Проводка

Кабель из витой пары: Проводка из витой пары на основе медного провода появилась давным-давно и относительно недорога. Категория 5 - это новый стандарт на витую пару, именно он пользуется теперь наибольшей популярностью. Ввиду проводимости меди, неэкранированный медный кабель подвержен электрическим помехам, в результате чего данные могут передаваться с ошибками; экранированный кабель стоит дороже, но он более надежен.

Коаксиальный кабель: Первый высокопроизводительный кабель, коаксиал имеет две разновидности. Толстый Ethernet, толщиной в указательный палец, очень надежен, дорогостоящ и сложен в установке. Тонкий Ethernet, толщиной с телевизионный кабель, менее надежен, но дешевле и проще в установке.

Оптоволоконный кабель: Это относительно новая технология. Он дорог, но нечувствителен к электрическим помехам, и протяженность его может быть больше, чем у других типов кабеля.