Аннотация

Лазебная Л.А., Лосев Д.Д. Оптимизация пропускной способности и отказоустойчивости корпоративных сетей. В статье рассматриваются методы оптимизации пропускной способности и повышения отказоустойчивости корпоративных сетей, включая оптимизацию инфраструктуры, агрегацию каналов, кэширование, управление трафиком и резервирование данных. Анализируются преимущества данных подходов для повышения надежности и производительности сетей. Отдельное внимание уделяется оптимизации WAN на предприятиях.

Ключевые слова: оптимизация, пропускная способность, отказоустойчивость, компьютерная сеть, управление трафиком.

Введение

Современные корпоративные сети играют ключевую роль в поддержании бизнес-процессов и требуют высокой пропускной способности и надежности для эффективного выполнения задач. В условиях возрастающей зависимости компаний от сетевой инфраструктуры, а также роста объема передаваемых данных и числа удаленных пользователей, оптимизация пропускной способности и обеспечение отказоустойчивости становятся первостепенными задачами для IT-отделов.

Проблемы отказоустойчивости особенно остро стоят в корпоративных сетях, где сбои в работе могут привести к значительным финансовым потерям. Ключевым аспектом отказоустойчивости является свойство сети, заключающееся в том, что отказ части оборудования сети (каналов) не окажет значимого влияния на передачу информации между узлами сети. Одним из эффективных решений для повышения надежности сети является модернизация топологии, что помогает повысить связность сети и снизить вероятность значительных простоев при сбоях.

Для оптимизации корпоративных сетей также применяются специальные технологии, такие как дедупликация, кэширование и сжатие данных. Эти методы позволяют снизить требования к пропускной способности сети и обеспечивают значительную экономию времени и ресурсов при передаче данных, что особенно актуально в условиях высоких нагрузок на инфраструктуру.

Целью данной работы является исследование методов оптимизации пропускной способности и повышения отказоустойчивости корпоративной сети.

Теоретические основы пропускной способности и отказоустойчивости

Пропускная способность сети — это величина, определяющая максимально возможную скорость передачи данных в компьютерной сети. Она показывает, какое количество информации может быть передано через сеть за единицу времени. Пропускная способность влияет на производительность сети и скорость передачи данных. Чем выше пропускная способность, тем быстрее данные могут передаваться между устройствами [1].

Важно отметить, что пропускная способность не является единственным показателем производительности сети; задержка и потеря пакетов также влияют на общее качество соединения.

Отказоустойчивость сети означает ее способность продолжать функционировать даже при возникновении сбоев или отказов отдельных компонентов. Надежность топологии сети, которая включает в себя дублирование соединений и использование резервных каналов, является основой для достижения отказоустойчивости. Таким образом, отказоустойчивая IT-инфраструктура — это совокупность технологий, методов и процессов, которые обеспечивают непрерывную работу систем даже в нештатных ситуациях — например, при неисправности, сбое или отказе оборудования, программного обеспечении и других составляющих инфраструктуры. Классический пример отказоустойчивости — распределенная IT-инфраструктура, которая построена на нескольких серверах, расположенных в разных регионах. Так, например, при «падении метеорита» на один регион, сохраняется второй. И если на серверах был запущен веб-сервис, он продолжит работать [2].

Понимание пропускной способности и отказоустойчивости, а также применение этих концепций в практике проектирования корпоративных сетей, являются ключевыми для обеспечения их надежности и производительности.

Методы и инструменты оптимизации пропускной способности

Оптимизация сетевой инфраструктуры начинается с модернизации оборудования. Замена устаревших маршрутизаторов, коммутаторов и сетевых кабелей на современные устройства позволяет значительно увеличить пропускную способность и скорость передачи данных. Правильный выбор совместимого и достаточно мощного оборудования позволяет эффективно обрабатывать современные требования и трафик данных [3]. Это важно, поскольку современные бизнес-приложения требуют все большей пропускной способности и более быстрого отклика.

Агрегация каналов — еще один важный метод, который позволяет объединить несколько физических соединений в одно логическое. Эта технология, известная как Link Aggregation Control Protocol (LACP), помогает значительно повысить общую пропускную способность сети и улучшить ее надежность. Кроме того, оптимизация протоколов передачи данных, включая использование протоколов с сокращенными заголовками, может снизить нагрузку на сеть и улучшить ее производительность [3].

Управление трафиком с помощью методов Quality of Service (QoS) является важным аспектом оптимизации. Эти методы позволяют приоритизировать трафик так, чтобы критически важные приложения получали необходимую пропускную способность. Это не только снижает риск перегрузки сети, но и улучшает общий пользовательский опыт. Балансировка нагрузки и прогнозирование трафика также играют важную роль в эффективном использовании сетевых ресурсов.

Кэширование данных — еще одна стратегия, которая помогает снизить нагрузку на сеть. Сохраняя часто запрашиваемые данные на более быстрых устройствах, компании могут значительно улучшить скорость доступа к информации и, соответственно, общую производительность сети. Наконец, постоянный мониторинг и регулярное обслуживание сети позволяют выявлять узкие места и устранять их, что поддерживает сеть в оптимальном состоянии.

Применение данных методов оптимизации пропускной способности является критически важным для повышения надежности и отказоустойчивости корпоративных сетей, особенно в условиях растущих объемов данных и увеличения количества подключенных устройств.

Повышение отказоустойчивости: подходы и топологии

Для обеспечения отказоустойчивости корпоративной сети применяются комплексные меры, направленные на минимизацию рисков сбоев и потерь данных, а также на обеспечение высокой доступности критически важных сервисов компании. Одним из важнейших аспектов является организация резервного копирования данных. В случае сбоя или утраты оборудования, резервные копии позволяют восстановить работоспособность системы с минимальными потерями, что особенно важно для предприятий, которые зависят от постоянной доступности информации. Рекомендуется хранить несколько копий данных в разных географических точках, используя облачные и локальные хранилища для повышения надежности.

Еще одним важным элементом является катастрофоустойчивость, которая предполагает создание резервных каналов связи и избыточных соединений. Это позволяет поддерживать связь даже в случае физического повреждения основных каналов, как, например, при перебоях в кабельных соединениях или поломке оборудования. Хорошо спроектированная сеть должна иметь избыточные каналы и оборудование, размещенные в разных зонах или даже регионах, что обеспечивает устойчивость к локальным катастрофам. Примером такого подхода является резервирование соединений в разных физически удаленных точках, как это реализовано некоторыми крупными провайдерами инфраструктуры, которые соединяют дата-центры через независимые каналы, минимизируя вероятность полного отказа сети.

Важной частью отказоустойчивости является постепенная деградация функционала, что позволяет системе продолжать работу, даже если один из её компонентов выйдет из строя [4]. Такой подход помогает снизить влияние на пользователей, так как критически важные функции сети остаются доступными.

Применение вышеупомянутых подходов помогает обеспечить надежность и готовность системы к возможным сбоям и катастрофам.

Оптимизация WAN на предприятиях

Оптимизация WAN — это процесс, который позволяет значительно улучшить производительность бизнес-приложений и снизить затраты на расширение пропускной способности глобальных сетей. Внедрение технологий оптимизации WAN становится всё более популярным, так как они просты в реализации и не требуют значительных изменений в архитектуре сети. Одним из ключевых элементов этой оптимизации являются контроллеры оптимизации WAN (WOC) (см.рис.1), которые устанавливаются в центрах обработки данных и филиалах компаний. Эти устройства, представляющие собой аппаратные и программные решения, направлены на устранение основных причин низкой эффективности работы приложений, таких как ограниченная пропускная способность каналов, высокая задержка и неэффективные транспортные протоколы.

Контроллеры оптимизации WAN работают, уменьшая объем передаваемых данных, что позволяет значительно ускорить сетевой трафик. Они обеспечивают эффективное использование пропускной способности каналов, благодаря чему скорость работы приложений в глобальной сети может приближаться к скорости работы в локальной сети. В некоторых случаях оборудование WOC позволяет использовать интернет как альтернативу выделенным каналам связи, что дополнительно снижает затраты.

Кроме того, оптимизация WAN может включать в себя функции безопасности, такие как межсетевой экран и защита от атак DoS/DDoS, а также балансировку нагрузки и маршрутизацию приложений. Это делает WOC многофункциональными решениями, которые не только улучшают производительность, но и способствуют безопасности корпоративных данных.

Рынок оптимизации WAN активно развивается благодаря таким факторам, как централизация данных в ЦОД, новые подходы к резервному копированию, мультимедийные приложения и использование облачных технологий. Успешное внедрение решений по оптимизации WAN может значительно сократить затраты на аренду каналов связи, повысить производительность приложений до 50 раз и обеспечить быстрое реагирование корпоративных приложений в распределенной сети.

В современных решениях оптимизации WAN используются проверенные методы, такие как дедупликация данных, сжатие и кэширование, а также оптимизация протоколов. Дедупликация позволяет уменьшить объем передаваемых данных на 65–95%, что значительно снижает требования к пропускной способности сети. При этом используются различные методы оптимизации соединений TCP и выбор маршрутов на основе анализа производительности трафика.

На рынке оптимизации WAN выделяются несколько ключевых игроков, среди которых Riverbed Technology (см.рис.2) и Silver Peak Systems, а также другие компании, предлагающие свои решения. На российском рынке наиболее известны продукты таких компаний, как Riverbed, Cisco и Juniper.

Выбор решения для оптимизации WAN зависит от типа сетевого трафика, поэтому перед внедрением важно протестировать оборудование и оценить, какие методы оптимизации подойдут лучше всего. Наибольшую эффективность оптимизаторы WAN демонстрируют в сетях с высокой степенью повторяемости данных, например, в случаях использования дорогостоящих спутниковых каналов связи.

Наконец, новые технологии, такие как виртуализация и облачные решения, делают оптимизацию WAN особенно актуальной, так как они позволяют повысить эффективность работы и снизить затраты на инфраструктуру. С каждым годом интерес к решениям по оптимизации WAN растет, и они становятся неотъемлемой частью стратегий повышения производительности и надежности корпоративных сетей [5].

Выводы

В статье представлены современные подходы к обеспечению высокой пропускной способности и отказоустойчивости корпоративных сетей. Применение методов оптимизации, таких как агрегация каналов, кэширование и управление трафиком, позволяет повысить устойчивость сетевой инфраструктуры к высоким нагрузкам и сбоям. Использование резервных каналов и катастрофоустойчивых топологий обеспечивает защиту от значительных простоев, что важно для бесперебойной работы критически важных бизнес-процессов. Предложенные в статье методы могут служить основой для дальнейших исследований и внедрения на практике в корпоративных сетях. Особое внимание уделено оптимизации WAN, позволяющей улучшить производительность приложений и снизить затраты на сетевую инфраструктуру.

Список использованной литературы

1. Тиханёнок, И. А. Утилита для анализа и оптимизации работы сетевых протоколов и пропускной способности сети = Utility for analyzing and optimizing network protocols and network bandwidth performance / И. А. Тиханёнок // Компьютерные системы и сети : сборник статей 60-й научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов, Минск, 22–26 апреля 2024 г. / Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники. – Минск, 2024. – С. 601–605.
2. Отказоустойчивая IT-инфраструктура: принципы и способы организации [Электронный ресурс] / В. Диденко // Selectel.ru. – Электрон. дан. – 2024. – Режим доступа: https://selectel.ru/blog/fault-tolerant-infrastructure/. – Загл. с экрана
3. Как повысить производительность сетей: лучшие способы и рекомендации [Электронный ресурс] // Zvenst.ru. – Электрон. дан. – 2020. – Режим доступа: https://zvenst.ru/kak-povysit-proizvoditelnost-setei-lucsie-sposoby-i-rekomendacii/. – Загл. с экрана
4. Проектирование отказоустойчивости IT-систем [Электронный ресурс] / Р. Сафин // Habr.com. – Электрон. дан. – 2023. – Режим доступа: https://habr.com/ru/articles/764904/. – Загл. с экрана.
5. Оптимизация сетевого трафика [Электронный ресурс] / С. Орлов // Журнал сетевых решений/LAN. – Электрон. дан. – 2014. – № 11. – Режим доступа: https://www.osp.ru/lan/2014/11/13043730. – Загл. с экрана