Реферат: Коммутаторы локальных сетей, основные функции, принцип работы. Реферат коммутаторы

Реферат - Коммутаторы локальных сетей, основные функции, принцип работы

Структура коммутатора EtherSwitch компании Kalpana

Каждый из 8 портов 10Base-T обслуживается одним процессором пакетов Ethernet - ЕРР (Ethernet Packet Processor). Кроме того, коммутатор имеет системный модуль, который координирует работу всех процессоров ЕРР. Системный модуль ведет общую адресную таблицу коммутатора и обеспечивает управление коммутатором по протоколу SNMP. Для передачи кадров между портами используется коммутационная матрица.

Коммутационная матрица работает по принципу коммутации каналов. Для 8 портов матрица может обеспечить 8 одновременных внутренних каналов при полудуплексном режиме работы портов и 16.

При поступлении кадра в какой-либо порт процессор ЕРР буферизует несколько первых байт кадра, чтобы прочитать адрес назначения. После получения адреса назначения процессор сразу же принимает решение о передаче пакета, не дожидаясь прихода остальных байт кадра. Для этого он просматривает свой собственный кэш адресной таблицы, а если не находит там нужного адреса, обращается к системному модулю, который работает в многозадачном режиме, параллельно обслуживая запросы всех процессоров ЕРР. Системный модуль производит просмотр общей адресной таблицы и возвращает процессору найденную строку, которую тот буферизует в своем кэше для последующего использования.

После нахождения адреса назначения процессор ЕРР знает, что нужно дальше делать с поступающим кадром (во время просмотра адресной таблицы процессор продолжал буферизацию поступающих в порт байтов кадра). Если кадр нужно отфильтровать, процессор просто прекращает записывать в буфер байты кадра, очищает буфер и ждет поступления нового кадра.

Если же кадр нужно передать на другой порт, то процессор обращается к коммутационной матрице и пытается установить в ней путь, связывающий его порт с портом, через который идет маршрут к адресу назначения(порт).

Если же порт занят, то матрица в соединении отказывает. В этом случае кадр полностью буферизуется процессором входного порта, после чего процессор ожидает освобождения выходного порта и образования коммутационной матрицей нужного пути.

После того как нужный путь установлен, в него направляются буферизованные байты кадра, которые принимаются процессором выходного порта. Как только процессор выходного порта получает доступ к подключенному к нему сегменту Ethernet по алгоритму CSMA/CD, байты кадра сразу же начинают передаваться в сеть. Процессор входного порта постоянно хранит несколько байт принимаемого кадра в своем буфере, что позволяет ему независимо и асинхронно принимать и передавать байты

Описанный способ передачи кадра без его полной буферизации получил название коммутации «на лету» («on-the-fly»)

Однако главной причиной повышения производительности сети при использовании коммутатора является параллельная обработка нескольких кадров.

^ 2. Техническая реализация и дополнительные функции коммутаторов Многие коммутаторы первого поколения были похожи на маршрутизаторы, то есть основывались на центральном процессоре общего назначения, связанном с интерфейсными портами по внутренней скоростной шине.

Основным недостатком таких коммутаторов была их низкая скорость. Универсальный процессор никак не мог справиться с большим объемом специализированных операций по пересылке кадров между интерфейсными модулями.

Сегодня все коммутаторы используют заказные специализированные БИС - ASIC, которые оптимизированы для выполнения основных операций коммутации. Часто в одном коммутаторе используется несколько специализированных БИС, каждая из которых выполняет функционально законченную часть операций.

Кроме процессорных микросхем для успешной неблокирующей работы коммутатору нужно также иметь быстродействующий узел для передачи кадров между процессорными микросхемами портов. В настоящее время коммутаторы используют в качестве базовой одну из трех схем, на которой строится такой узел обмена:

1. коммутационная матрица;

2. разделяемая многовходовая память;

3. общая шина.

Часто эти три способа взаимодействия комбинируются в одном коммутаторе.

Коммутаторы на основе коммутационной матрицы

Коммутационная матриц обеспечивает основной и самый быстрый способ взаимодействия процессоров портов, именно он был реализован в первом промышленном коммутаторе локальных сетей. Однако реализация матрицы возможна только для определенного числа портов, причем сложность схемы возрастает пропорционально квадрату количества портов коммутатора

Входные блоки процессоров портов на основании просмотра адресной таблицы коммутатора определяют по адресу назначения номер выходного порта. Эту информацию они добавляют к байтам исходного кадра в виде специального ярлыка - тэга (tag).

Матрица состоит из трех уровней двоичных переключателей, которые соединяют свой вход с одним из двух выходов в зависимости от значения бита тэга. Переключатели первого уровня управляются первым битом тэга, второго - вторым, а третьего - третьим.

^ Коммутаторы с общей шиной

В коммутаторах с общей шиной процессоры портов связывают высокоскоростной шиной, используемой в режиме разделения времени.

Чтобы шина не блокировала работу коммутатора, ее производительность должна равняться по крайней мере сумме производительности всех портов коммутатора. Для модульных коммутаторов некоторые сочетания модулей с низкоскоростными портами могут приводить к неблокирующей работе, а установка модулей с высокоскоростными портами может приводить к тому, что блокирующим элементом станет, например, общая шина.

Кадр должен передаваться по шине небольшими частями, по нескольку байт, чтобы передача кадров между несколькими портами происходила в псевдопараллельном режиме, не внося задержек в передачу кадра в целом. Размер такой ячейки данных определяется производителем коммутатора. Входной блок процессора помещает в ячейку, переносимую по шине, тэг, в котором указывает номер порта назначения. Каждый выходной блок процессора порта содержит фильтр тэгов, который выбирает тэги, предназначенные данному порту.

Шина, так же как и коммутационная матрица, не может осуществлять промежуточную буферизацию, но так как данные кадра разбиваются на небольшие ячейки, то задержек с начальным ожиданием доступности выходного порта в такой схеме нет - здесь работает принцип коммутации пакетов, а не каналов.

^ Коммутаторы с разделяемой памятью

Третья базовая архитектура взаимодействия портов - двухвходовая разделяемая память.

Входные блоки процессоров портов соединяются с переключаемым входом разделяемой памяти, а выходные блоки этих же процессоров соединяются с переключаемым выходом этой памяти. Переключением входа и выхода разделяемой памяти управляет менеджер очередей выходных портов. В разделяемой памяти менеджер организует несколько очередей данных, по одной для каждого выходного порта. Входные блоки процессоров передают менеджеру портов запросы на запись данных в очередь того порта, который соответствует адресу назначения пакета. Менеджер по очереди подключает вход памяти к одному из входных блоков процессоров и тот переписывает часть данных кадра в очередь определенного выходного порта. По мере заполнения очередей менеджер производит также поочередное подключение выхода разделяемой памяти к выходным блокам процессоров портов, и данные из очереди переписываются в выходной буфер процессора.

Память должна быть достаточно быстродействующей для поддержания скорости переписи данных между N портами коммутатора. Применение общей буферной памяти, гибко распределяемой менеджером между отдельными портами, снижает требования к размеру буферной памяти процессора порта.

^ Комбинированные коммутаторы

У каждой из описанных архитектур есть свои преимущества и недостатки, поэтому часто в сложных коммутаторах эти архитектуры применяются в комбинации друг с другом.

^ Дополнительные функции коммутаторов

Алгоритм покрывающего дерева - Spanning Tree Algorithm (STA) позволяет коммутаторам автоматически определять древовидную конфигурацию связей в сети при произвольном соединения портов между собой. Как уже отмечалось, для нормальной работы коммутатора требуется отсутствие замкнутых маршрутов в сети. Эти маршруты могут создаваться администратором специально для образования резервных связей или же возникать случайным образом, что вполне возможно, если сеть имеет многочисленные связи, а кабельная система плохо структурирована или документирована.

Алгоритм Spanning Tree определяет активную конфигурацию сети за три этапа.

Сначала в сети определяется корневой коммутатор (root switch), от которого строится дерево. Корневой коммутатор может быть выбран автоматически или назначен администратором. При автоматическом выборе корневым становится коммутатор с меньшим значением МАС - адреса его блока управления.

Затем, на втором этапе, для каждого коммутатора определяется корневой порт (root port) - это порт, который имеет по сети кратчайшее расстояние до корневого коммутатора (точнее, до любого из портов корневого коммутатора).

И наконец, на третьем этапе для каждого сегмента сети выбирается так называемый назначенный порт (designated port) - это порт, который имеет кратчайшее расстояние от данного сегмента до корневого коммутатора. После определения корневых и назначенных портов каждый коммутатор блокирует остальные порты, которые не попали в эти два класса портов. Можно математически доказать, что при таком выборе активных портов в сети исключаются петли и оставшиеся связи образуют покрывающее дерево (если оно может быть построено при существующих связях в сети).

^ Трансляция протоколов канального уровня

Коммутаторы могут выполнять трансляцию одного протокола канального уровня в другой, например Ethernet в FDDI, Fast Ethernet в Token Ring и т. п. При этом они работают по тем же алгоритмам, что и транслирующие мосты, то есть в соответствии со спецификациями IEEE 802.1НиКРС 1042, определяющими правила преобразования полей кадров разных протоколов.

Коммутаторы не строят таблиц соответствия адресов узлов, а переносят адреса назначения и источника из кадра одного протокола в кадр другого.

^ Возможности коммутаторов по фильтрации трафика

Многие коммутаторы позволяют администраторам задавать дополнительные условия фильтрации кадров наряду со стандартными условиями их фильтрации в соответствии с информацией адресной таблицы. Пользовательские фильтры предназначены для создания дополнительных барьеров на пути кадров, которые ограничивают доступ определенных групп пользователей к определенным службам сети.

Наиболее простыми являются пользовательские фильтры на основе МАС -адресов станций. Обычно условия фильтрации записываются в виде булевых выражений, формируемых с помощью логических операторов AND и OR.

^ Приоритетная обработка кадров

Построение сетей на основе коммутаторов позволяет использовать приоритезацию трафика, причем делать это независимо от технологии сети. Эта новая возможность (по сравнению с сетями, построенными целиком на концентраторах) является следствием того, что коммутаторы буферизуют кадры перед их отправкой на другой порт. Коммутатор обычно ведет для каждого входного и выходного порта не одну, а несколько очередей, причем каждая очередь имеет свой приоритет обработки. При этом коммутатор может быть сконфигурирован, например, так, чтобы передавать один низкоприоритетный пакет на каждые 10 высокоприоритетных пакетов.

Поддержка приоритетной обработки может особенно пригодиться для приложений, предъявляющих различные требования к допустимым задержкам кадров и к пропускной способности сети для потока кадров.

^ 3. Построение VLAN на коммутаторах.

Виртуальной сетью называется группа узлов сети, трафик которой, в том числе и широковещательный, на канальном уровне полностью изолирован от других узлов сети (рис. 4.39). Это означает, что передача кадров между разными виртуальными сетями на основании адреса канального уровня невозможна, независимо от типа адреса - уникального, группового или широковещательного. В то же время внутри виртуальной сети кадры передаются по технологии коммутации, то есть только на тот порт, который связан с адресом назначения кадра. Виртуальные сети могут пересекаться, если один или несколько компьютеров входят в состав более чем одной виртуальной сети.

Говорят, что виртуальная сеть образует домен широковещательного трафика (broadcast domain), по аналогии с доменом коллизий, который образуется повторителями сетей Ethernet.

Назначение технологии виртуальных сетей состоит в облегчении процесса создания изолированных сетей, которые затем должны связываться с помощью маршрутизаторов, реализующих какой-либо протокол сетевого уровня, например IP. Такое построение сети создает гораздо более мощные барьеры на пути ошибочного трафика из одной сети в другую. Сегодня

При использовании технологии виртуальных сетей в коммутаторах одновременно решаются две задачи:

повышение производительности в каждой из виртуальных сетей, так как коммутатор передает кадры в такой сети только узлу назначения;

изоляция сетей друг от друга для управления правами доступа пользователей и создания защитных барьеров на пути широковещательных штормов.

Для связи виртуальных сетей в общую сеть требуется привлечение сетевого уровня. Он может быть реализован в отдельном маршрутизаторе, а может работать и в составе программного обеспечения коммутатора, который тогда становится комбинированным устройством - так называемым коммутатором 3-го уровня.

Технология образования и работы виртуальных сетей с помощью коммутаторов - стандарт IEEE 802.1Q, который определяет базовые правила построения виртуальных локальных сетей, не зависящие от протокола канального уровня, который поддерживает коммутатор.

При создании виртуальных сетей на основе одного коммутатора обычно используется механизм группирования в сети портов коммутатора (рис. 4.41). При этом каждый порт приписывается той или иной виртуальной сети. Кадр, пришедший от порта, принадлежащего, например, виртуальной сети 1, никогда не будет передан порту, который не принадлежит этой виртуальной сети.

Группировка портов для одного коммутатора - наиболее логичный способ образования VLAN, так как виртуальных сетей, построенных на основе одного коммутатора, не может быть больше, чем портов. Если к одному порту подключен сегмент, построенный на основе повторителя, то узлы такого сегмента не имеет смысла включать в разные виртуальные сети - все равно трафик этих узлов будет общим.

Второй способ образования виртуальных сетей основан на группировании МАС - адресов. Каждый МАС - адрес, который изучен коммутатором, приписывается той или иной виртуальной сети.

Группирование МАС - адресов в виртуальную сеть на каждом коммутаторе избавляет от необходимости их связи несколькими портами, так как в этом случае МАС - адрес является меткой виртуальной сети. Однако этот способ требует выполнения большого количества ручных операций по маркировке МАС - адресов на каждом коммутаторе сети.

Дополнительное поле с пометкой о номере виртуальной сети используется только тогда, когда кадр передается от коммутатора к коммутатору, а при передаче кадра конечному узлу оно удаляется.

Для хранения номера виртуальной сети в стандарте IEEE 802.1Q предусмотрен тот же дополнительный заголовок, что и стандарт 802.1р. Помимо 3-х бит для хранения приоритета кадра, описанных стандартом 802.1р, в этом заголовке 12 бит используются для хранения номера VLAN, к которой принадлежит кадр. Эта дополнительная информация позволяет коммутаторам разных производителей создавать до 4096 общих виртуальных сетей. Чтобы кадр Ethernet не увеличивался в объеме, при добавлении заголовка 802.1p/Q поле данных уменьшается на 2 байта.

^ 4. Прозрачный мост, алгоритм работы прозрачного моста.

Алгоритм работы прозрачного моста

Прозрачные мосты незаметны для сетевых адаптеров конечных узлов, так как они самостоятельно строят специальную адресную таблицу, на основании которой можно решить, нужно передавать пришедший кадр в какой-либо другой сегмент или нет. Сетевые адаптеры при использовании прозрачных мостов работают точно так же, как и в случае их отсутствия, то есть не предпринимают никаких дополнительных действий, чтобы кадр прошел через мост. Алгоритм прозрачного моста не зависит от технологии локальной сети, в которой устанавливается мост.

Прозрачный мост строит свою адресную таблицу на основании пассивного наблюдения за трафиком, циркулирующим в подключенных к его портам сегментах. При этом мост учитывает адреса источников кадров данных, поступающих на порты моста. По адресу источника кадра мост делает вывод о принадлежности этого узла тому или иному сегменту сети.

Рис. 4.18. Принцип работы прозрачного моста

Мост постоянно следит за адресами источника буферизуемых кадров, чтобы быть в состоянии автоматически приспосабливаться к изменениям, происходящим в сети, - перемещениям компьютеров из одного сегмента сети в другой, появлению новых компьютеров. С другой стороны, мост не ждет, когда адресная таблица заполнится полностью (да это и невозможно, поскольку заранее не известно, сколько компьютеров и адресов будут находиться в сегментах моста). Как только в таблице появляется первый адрес, мост пытается его использовать, проверяя совпадение с ним адресов назначения всех поступающих пакетов.

Входы адресной таблицы могут быть динамическими, создаваемыми в процессе самообучения моста, и статическими, создаваемыми вручную администратором сети. Динамические входы имеют срок жизни - при создании или обновлении записи в адресной таблице с ней связывается отметка времени. Статические записи не имеют срока жизни, что дает администратору возможность подправлять работу моста, если это необходимо.

Кадры с широковещательными МАС - адресами передаются мостом на все его порты, как и кадры с неизвестным адресом назначения. Такой режим распространения кадров называется затоплением сети (flood). Наличие мостов в сети не препятствует распространению широковещательных кадров по всем сегментам сети, сохраняя ее прозрачность. Однако часто случается так, что в результате каких-либо программных или аппаратных сбоев протокол верхнего уровня или сам сетевой адаптер начинают работать некорректно и постоянно с высокой интенсивностью генерировать кадры с широковещательным адресом в течение длительного промежутка времени. Мост в этом случае передает эти кадры во все сегменты, затапливая сеть ошибочным трафиком. Такая ситуация называется широковещательным штормом (broadcast storm).

^ Мосты с маршрутизацией от источника

Мосты с маршрутизацией от источника применяются для соединения колец Token Ring и FDDI, хотя для этих же целей могут использоваться и прозрачные мосты. Маршрутизация от источника (Source Routing, SR) основана на том, что станция-отправитель помещает в посылаемый в другое кольцо кадр всю адресную информацию о промежуточных мостах и кольцах, которые должен пройти кадр перед тем, как попасть в кольцо, к которому подключена станция-получатель. Хотя в название этого способа входит термин «маршрутизация», настоящей маршрутизации в строгом понимании этого термина здесь нет, так как мосты и станции по-прежнему используют для передачи кадров данных только информацию МАС - уровня, а заголовки сетевого уровня для мостов данного типа по-прежнему остаются неразличимой частью поля данных кадра.

Для задания маршрута кольца и мосты имеют идентификаторы. SR-мосты не строят адресную таблицу, а при продвижении кадров пользуются информацией, имеющейся в соответствующих полях кадра данных.

При получении каждого пакета SR-мосту нужно только просмотреть поле маршрутной информации (поле Routing Information Field, RIF, в кадре Token Ring или FDDI) на предмет наличия в нем своего идентификатора. И если он там присутствует и сопровождается идентификатором кольца, которое подключено к данному мосту, то в этом случае мост копирует поступивший кадр в указанное кольцо. В противном случае кадр в другое кольцо не копируется. В любом случае исходная копия кадра возвращается по исходному кольцу станции-отправителю, и если он был передан в другое кольцо, то бит А (адрес распознан) и бит С (кадр скопирован) поля статуса кадра устанавливаются в 1, чтобы сообщить станции-отправителю, что кадр был получен станцией назначения.

Так как маршрутная информация в кадре нужна не всегда, а только для передачи кадра между станциями, подключенными к разным кольцам, то наличие в кадре поля RIF обозначается установкой в 1 бит индивидуального/группового адреса (I/G) (при этом данный бит используется не по назначению, так как адрес источника всегда индивидуальный).

Для работы алгоритма маршрутизации от источника используются два дополнительных типа кадра - одномаршрутный широковещательный кадр-исследователь SRBF (single-route broadcast frame) и многомаршрутный широковещательный кадр-исследователь ARBF (all-route broadcast frame).

Все SR-мосты должны быть сконфигурированы администратором вручную, чтобы передавать кадры ARBF на все порты, кроме порта-источника кадра, а для кадров SRBF некоторые порты мостов нужно заблокировать, чтобы в сети не было петель.

Кадр первого типа отправляется станцией, когда она, во-первых, определяет, что станция назначения находится в другом кольце, а во-вторых, ей неизвестно, через какие мосты и кольца пролегает путь к этой станции назначения, то есть неизвестен маршрут до этой станции. Первое обстоятельство выясняется, если кадр, отправленный по кольцу, возвращается в станцию-источник с неустановленными признаками распознавания адреса и копирования. Значит, ни одна из станций исходного кольца не является станцией назначения, и кадр надо передавать по некоторому составному маршруту. Отсутствие маршрута к станции назначения в таблице моста является вторым обстоятельством, которое и вызывает отправку одномаршрутного кадра-исследователя SRBF.

В конце концов кадр-исследователь SRBF, распространяясь по всем кольцам сети, доходит до станции назначения. В ответ станция назначения отправляет многомаршрутный широковещательный кадр-исследователь ARBF станции-отправителю. В отличие от кадра SRBF этот кадр передается мостами через все порты. При приеме такого кадра каждый промежуточный мост добавляет в поле маршрутной информации RIF новый описатель маршрута (свой идентификатор и идентификатор сегмента, с которого получен кадр), наращивает длину поля маршрутной информации и широковещательно его распространяет.

Для предотвращения зацикливания кадров ARBF мосты обрабатывают их следующим образом. Перед передачей кадра на какой-либо сегмент мост проверяет, нет ли идентификатора этого сегмента в списке маршрутов кадра. Если такой сегмент уже был пройден кадром, то кадр в данный сегмент не направляется.

Станция-источник получает в общем случае несколько кадров-ответов, прошедших по всем возможным маршрутам составной сети, и выбирает наилучший маршрут (обычно по количеству пересечений промежуточных мостов).

^ Функции и характеристики сетевых адаптеров.

Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) вместе со своим драйвером реализует второй, канальный уровень модели открытых систем в конечном узле сети -компьютере. Более точно, в сетевой операционной системе пара адаптер и драйвер выполняет только функции физического и МАС - уровней, в то время как LLC-уровень обычно реализуется модулем операционной системы, единым для всех драйверов и сетевых адаптеров. Собственно так оно и должно быть в соответствии с моделью стека протоколов IEEE 802.

Сетевой адаптер совместно с драйвером выполняют две операции: передачу и прием кадра.

Передача кадра из компьютера в кабель состоит из перечисленных ниже этапов (некоторые могут отсутствовать, в зависимости от принятых методов кодирования),

Прием кадра данных LLC через межуровневый интерфейс вместе с адресной информацией МАС - уровня. Обычно взаимодействие между протоколами внутри компьютера происходит через буферы, расположенные в оперативной памяти. Данные для передачи в сеть помещаются в эти буферы протоколами верхних уровней, которые извлекают их из дисковой памяти либо из файлового кэша с помощью подсистемы ввода/вывода операционной системы.

Оформление кадра данных МАС - уровня, в который инкапсулируется кадр LLC (с отброшенными флагами 01111110). Заполнение адресов назначения и источника, вычисление контрольной суммы.

Формирование символов кодов при использовании избыточных кодов типа 4В/5В. Скрэмблирование кодов для получения более равномерного спектра сигналов. Этот этап используется не во всех протоколах - например, технология Ethernet 10 Мбит/с обходится без него.

Выдача сигналов в кабель в соответствии с принятым линейным кодом - манчестерским, NRZI, MLT-3 и т. п. Прием кадра из кабеля в компьютер включает следующие действия.

Прием из кабеля сигналов, кодирующих битовый поток.

Выделение сигналов на фоне шума. Эту операцию могут выполнять различные специализированные микросхемы или сигнальные процессоры DSP. В результате в приемнике адаптера образуется некоторая битовая последовательность, с большой степенью вероятности совпадающая с той, которая была послана передатчиком.

Если данные перед отправкой в кабель подвергались скрэмблированию, то они пропускаются через дескрэмблер, после чего в адаптере восстанавливаются символы кода, посланные передатчиком.

Проверка контрольной суммы кадра. Если она неверна, то кадр отбрасывается, а через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC передается соответствующий код ошибки. Если контрольная сумма верна, то из МАС - кадра извлекается кадр LLC и передается через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC. Кадр LLC помещается в буфер оперативной памяти.

В зависимости от того, какой протокол реализует адаптер, адаптеры делятся на Ethernet-адаптеры, Token Ring-адаптеры, FDDI-адаптеры и т. д. Так как протокол Fast Ethernet позволяет за счет процедуры автопереговоров автоматически выбрать скорость работы сетевого адаптера в зависимости от возможностей концентратора, то многие адаптеры Ethernet сегодня поддерживают две скорости работы и имеют в своем названии приставку 10/100.

^ Концентраторы, основные и дополнительные функции

Практически во всех современных технологиях локальных сетей определено устройство, которое имеет несколько равноправных названий - концентратор (concentrator), хаб (hub), повторитель (repeator). В зависимости от области применения этого устройства в значительной степени изменяется состав его функций и конструктивное исполнение. Неизменной остается только основная функция - это повторение кадра либо на всех портах, либо только на некоторых портах, в соответствии с алгоритмом, определенным соответствующим стандартом.

Концентратор обычно имеет несколько портов, к которым с помощью отдельных физических сегментов кабеля подключаются конечные узлы сети - компьютеры. Концентратор объединяет отдельные физические сегменты сети в единую разделяемую среду, доступ к которой осуществляется в соответствии с одним из протоколов локальных сетей. Так как логика доступа к разделяемой среде существенно зависит от технологии, то для каждого типа технологии выпускаются свои концентраторы - Ethernet; Token Ring;

Каждый концентратор выполняет некоторую основную функцию, определенную в соответствующем протоколе той технологии, которую он поддерживает. Хотя эта функция достаточно детально определена в стандарте технологии, при ее реализации концентраторы разных производителей могут отличаться такими деталями, как количество портов, поддержка нескольких типов кабелей и т. п.

Кроме основной функции концентратор может выполнять некоторое количество дополнительных функций, которые либо в стандарте вообще не определены, либо являются факультативными. Например, концентратор Token Ring может выполнять функцию отключения некорректно работающих портов и перехода на резервное кольцо, хотя в стандарте такие его возможности не описаны. Концентратор оказался удобным устройством для выполнения дополнительных функций, облегчающих контроль и эксплуатацию сети.

В технологии Ethernet устройства, объединяющие несколько физических сегментов коаксиального кабеля в единую разделяемую среду, использовались давно и получили название «повторителей» по своей основной функции - повторению на всех своих портах сигналов, полученных на входе одного из портов. В сетях на основе коаксиального кабеля обычными являлись двухпортовые повторители, соединяющие только два сегмента кабеля, поэтому термин концентратор к ним обычно не применялся.

С появлением спецификации 10Base-T для витой пары повторитель стал неотъемлемой частью сети Ethernet, так как без него связь можно было организовать только между двумя узлами сети. Многопортовые повторители Ethernet на витой паре стали называть концентраторами или хабами, так как в одном устройстве действительно концентрировались связи между большим количеством узлов сети. Концентратор Ethernet обычно имеет от 8 до 72 портов, причем основная часть портов предназначена для подключения кабелей на витой паре. На рис. 4.5 показан типичный концентратор Ethernet, рассчитанный на образование небольших сегментов разделяемой среды. Он имеет 16 портов стандарта 10Base-T с разъемами RJ-45, а также один порт AUI для подключения внешнего трансивера. Обычно к этому порту подключается трансивер, работающий на коаксиал или оптоволокно. С помощью этого трансивера концентратор подключается к магистральному кабелю, соединяющему несколько концентраторов между собой, либо таким образом обеспечивается подключение станции, удаленной от концентратора более чем на 100 м.

Для соединения концентраторов технологии 10Base-T между собой в иерархическую систему коаксиальный или оптоволоконный кабель не обязателен, можно применять те же порты, что и для подключения конечных станций, с учетом одного обстоятельства. Дело в том, что обычный порт RJ-45, предназначенный для подключения сетевого адаптера и называемый MDI-X (кроссированный MDI), имеет инвертированную разводку контактов разъема, чтобы сетевой адаптер можно было подключить к концентратору с помощью стандартного соединительного кабеля, не кроссирующего контакты (рис. 4.6). В случае соединения концентраторов через стандартный порт MDI-X приходится использовать нестандартный кабель с перекрестным соединением пар. Поэтому некоторые изготовители снабжают концентратор выделенным портом MDI, в котором нет кроссирования пар. Таким образом, два концентратора можно соединить обычным некроссированным кабелем, если это делать через порт MDI-X одного концентратора и порт MDI второго. Чаще один порт концентратора может работать и как порт MDI-X, и как порт MDI, в зависимости от положения кнопочного переключателя,

Многопортовый повторитель-концентратор Ethernet может по-разному рассматриваться при использовании правила 4-х хабов. В большинстве моделей все порты связаны с единственным блоком повторения, и при прохождении сигнала между двумя портами повторителя блок повторения вносит задержку всего один раз. Поэтому такой концентратор нужно считать одним повторителем с ограничениями, накладываемыми правилом 4-х хабов. Но существуют и другие модели повторителей, в которых на несколько портов имеется свой блок повторения. В таком случае каждый блок повторения нужно считать отдельным повторителем и учитывать его отдельно в правиле 4-х хабов.

8. ^ Виды конструктивного исполнения концентраторов

Концентратор с фиксированным количеством портов - это наиболее простое конструктивное исполнение, когда устройство представляет собой отдельный корпус со всеми необходимыми элементами (портами, органами индикации и управления, блоком питания), и эти элементы заменять нельзя. Обычно все порты такого концентратора поддерживают одну среду передачи, общее количество портов изменяется от 4-8 до 24. Один порт может быть специально выделен для подключения концентратора к магистрали сети или же для объединения концентраторов (в качестве такого порта часто используется порт с интерфейсом AUI, в этом случае применение соответствующего трансивера позволяет подключить концентратор к практически любой физической среде передачи данных).

^ Модульный концентратор выполняется в виде отдельных модулей с фиксированным количеством портов, устанавливаемых на общее шасси. Шасси имеет внутреннюю шину для объединения отдельных модулей в единый повторитель. Часто такие концентраторы являются многосегментными, тогда в пределах одного модульного концентратора работает несколько несвязанных между собой повторителей. Для модульного концентратора могут существовать различные типы модулей, отличающиеся количеством портов и типом поддерживаемой физической среды. Часто агент протокола SNMP выполняется в виде отдельного модуля, при установке которого концентратор превращается в интеллектуальное устройство. Модульные концентраторы позволяют более точно подобрать необходимую для конкретного применения конфигурацию концентратора, а также гибко и с минимальными затратами реагировать на изменения конфигурации сети.

Ввиду ответственной работы, которую выполняют корпоративные модульные концентраторы, они снабжаются модулем управления, системой терморегулирования, избыточными источниками питания и возможностью замены модулей «на ходу».

^ Стековый концентратор, как и концентратор с фиксированным числом портов, выполнен в виде отдельного корпуса без возможности замены отдельных его модулей. Типичный вид нескольких стековых концентраторов Ethernet показан на рис. 4.12. Однако стековыми эти концентраторы называются не потому, что они устанавливаются один на другой. Такая чисто конструктивная деталь вряд ли удостоилась бы особого внимания, так как установка нескольких устройств одинаковых габаритных размеров в общую стойку практикуется очень давно. Стековые концентраторы имеют специальные порты и кабели для объединения нескольких таких корпусов в единый повторитель (рис. 4.13), который имеет общий блок повторения, обеспечивает общую ресинхронизацию сигналов для всех своих портов и поэтому с точки зрения правила 4-х хабов считается одним повторителем.

Если стековые концентраторы имеют несколько внутренних шин, то при соединении в стек эти шины объединяются и с^ 15. Сети Ethernet IEEE 802.3 с методом доступа CSMA/CD, стандарты Ethernet. Сети Ethernet IEEE 802.3

В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3 имеет различные модификации - l0Base-5, l0Base-2, l0Base-T, l0Base-FL, l0Base-FB.

Fast Ethernet - 802.3ч.

Gigabit Ethernet - 802.3z

Все виды стандартов Ethernet (в том числе Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) используют один и тот же метод разделения среды передачи данных - метод CSMA/CD.^ Метод доступа CSMA/CD Метод доступа CSMA/CD определяет, во-первых, каким образом станция определяет момент, когда она может передать кадр, во-вторых – каким образом должны вести себя станции в случае одновременного начала передачи кадров двумя или более узлами.

Каждая станция постоянно прослушивает сеть. Если в сети присутствует сигнал несущей частоты, значит, другая станция передает свой кадр. Для того, чтобы иметь право передать кадр, станция должна дождаться “тишины” (отсутствия несущей), выждать технологическую паузу (9.6 мкс), и, если за время паузы сигнал несущей не появился, начать передачу.

Все станции, прослушивая сеть, распознают передаваемый кадр, и та из них, чей адрес записан в поле получателя, принимает кадр полностью и передает его протоколам верхних уровней. Остальные станции “чужие” кадры должны игнорировать.

Возможна ситуация, когда две станции одновременно начинают передачу кадров. Такая ситуация называется коллизией (collision). Наступление коллизии передающая станция может определить по отличию передаваемых и принимаемых

www.ronl.ru

Реферат - Коммутаторы Ethernet - Информатика, программирование

Что такое коммутаторEthernet?

Основы

Атрибуты коммутаторовEthernet

Сравнение сетевых устройств

Классы коммутаторов Ethernet

Коммутаторы для рабочих групп

Магистральные коммутаторы

Преимущества коммутаторовEthernet

Применение коммутаторов

Объединение концентраторов10Base-T с помощью магистрального коммутатора

Выделенная полоса для каждогопользователя

Рабочие группы с несколькимисерверами

Объединение коммутатороврабочих групп и корпоративных серверов

Заключение

Разработанный в 1973 стандарт Ethernet сегодня является наиболее популярнымсреди стандартов ЛВС. Как технология с разделяемой средой Ethernet обеспечиваетскорость передачи 10 мегабит в секунду (Mbps) для всех пользователей, имеющихдоступ к среде передачи и протокол разрешения доступа.

По мере расширения сети доступная пользователю полоса (средняя скоростьпередачи) сужается за счет того, что канал 10 Mbps делится между всеми узламисети. Повышение производительности компьютеров и использование приложений синтенсивным сетевым трафиком требует расширения полосы для полной реализациивозможностей программ и оборудования. Расширение сетей и повышениепроизводительности компьютеров требуют расширения доступной пользователямполосы, обеспечиваемой сетевой средой передачи.

Существует два способа расширения полосы, доступной каждому пользователю.Технология Fast Ethernet базируется на расширении полосы разделяемой среды до100 Mbps, обеспечивая рост скорости в 10 раз. Другим способ является снижениечисла узлов сети, имеющих доступ к разделяемой среде и, следовательно,расширение доступной оставшимся узлам полосы. В предельном случае вся полосаканала передачи может быть предоставлена одному пользователю.

Процесс снижения числа узлов в сети называется сегментацией и осуществляетсяза счет деления большой сети на несколько меньших. Поскольку пользователямможет требоваться доступ к ресурсам других сегментов, нужен механизмобеспечения такого доступа, обеспечивающий межсегментный обмен с достаточновысокой скоростью. Новый тип устройств, называемых коммутаторами Ethernet,обеспечивает требуемые возможности. В данной статье рассматриваются различныетипы коммутаторов Ethernet и их роль в повышении производительности сетейEthernet.

Коммутатор Ethernet представляет собой устройство для организации сетейбольшого размера. Для того, чтобы лучше разобраться в устройстве и работекоммутаторов Ethernet, полезно понять основы технологии организации кабельныхсистем сети.

Повторители

В начале 80-х годов сети Ethernet организовывались на базе шинной топологиис использованием сегментов на основе коаксиального кабеля длиной до 500 метров.Увеличение размеров сетей поставило задачу преодоления 500-метрового барьера.Для решения этой задачи использовались повторители (repeater):

/>

Повторитель просто копирует (пересылает) все пакеты Ethernet из одногосегмента во все другие, подключенные к нему. Основной задачей повторителяявляется восстановление электрических сигналов для передачи их в другиесегменты. За счет усиления и восстановления формы электрических сигналовповторителем становится возможным расширение сетей, построенных на основекоаксиального кабеля и увеличение общего числа пользователей сети

Мосты и маршрутизаторы

При использовании повторителей максимальная протяженность сети составляет2500 метров. Для преодоления этого ограничения требуются другие устройства,называемые мостами (bridge). Мосты имеют много отличий от повторителей.Повторители передают все пакеты, а мосты только те, которые нужно. Если пакетне нужно передавать в другой сегмент, он фильтруется. Для мостов существуютмногочисленные алгоритмы (правила) передачи и фильтрации пакетов минимальнымтребованием является фильтрация пакетов по адресу получателя.

Другим важным отличием мостов от повторителей является то, что сегменты,подключенные к повторителю образуют одну разделяемую среду, а сегменты,подключенные к каждому порту моста образуют свою среду с полосой 10 Mbps. Прииспользовании моста пользователи одного сегмента разделяют полосу, апользователи разных сегментов используют независимые Среды. Следовательно, мостобеспечивает преимущества как с точки зрения расширения сети, так и обеспечениябольшей полосы для каждого пользователя.

/>

Поначалу в сетях Ethernet использовалась шинная топология на основекоаксиального кабеля, а для расширения сетей применялись 2-х портовыеповторители или мосты. Однако, в конце 80-х годов началось широкоераспространение сетей на основе кабеля со скрученными парами проводников (витаяпара). Новая технология 10Base-T стала очень популярной и привела ктрансформации топологии сетей от шинной магистрали к организации соединенийтипа «звезда». Требования к повторителям и мостам для таких сетейсущественно изменились по сравнению с простыми двухпортовыми устройствами длясетей с шинной топологией — современные мосты и повторители представляют собойсложные многопортовые устройства. Мосты позволяют сегментировать сети наменьшие части, в которых общую среду разделяет небольшое число пользователей.

/>

Маршрутизаторы, подобно мостам, также позволяют сегментировать сетиEthernet. маршрутизаторы фильтруют и пересылают сетевой трафик на основеалгоритмов и правил, существенно отличающихся от тех, что используются мостами.Такой способ сегментирования сетей более дорог многопортовые мосты имаршрутизаторы обычно стоят около $1,000 за порт.

Переключение портов

Сегодняшние модульные концентраторы (повторители) часто позволяюторганизовать несколько сегментов, каждый из которых предоставляет пользователямотдельную разделяемую полосу 10 Mbps. Некоторые концентраторы позволяютпрограммным путем разделять порты устройства на независимые сегменты такаявозможность называется переключением портов. Концентратор, к примеру, можетсодержать три различных сегмента Ethernet, организуемые внутренними средствамихаба. Переключение портов обеспечивает администратору сети высокую гибкостьорганизации сегментов, позволяя переносить порты из одного сегмента в другойпрограммными средствами. Эта возможность особенно полезна для распределениянагрузки между сегментами Ethernet и снижения расходов, связанных с подобнымиоперациями. Переключение портов статическое связывание портов с различнымисегментами Ethernet — сильно отличается от описанной ниже коммутации Ethernet.

Коммутаторы Ethernet подобно мостам и маршрутизаторам способнысегментировать сети Ethernet. Как и многопортовые мосты коммутаторы передаютпакеты между портами на основе адреса получателя, включенного в каждый пакет.реализация коммутаторов обычно отличается от мостов в части возможностиорганизации одновременных соединений между любыми парами портов устройства — это значительно расширяет суммарную пропускную способность сети. Более того,мосты в соответствии со стандартом IEEE 802.1d должны получить пакет целиком дотого, как он будет передан адресату, а коммутаторы могут начать передачупакета, не приняв его полностью.

Виртуальные соединения

Коммутатор Ethernet поддерживает внутреннюю таблицу, связывающую порты садресами подключенных к ним устройств (таблица 1). Эту таблицу администраторсети может создать самостоятельно или задать ее автоматическое созданиесредствами коммутатора.

Таблица 1

Используя таблицу адресов и содержащийся в пакете адрес получателя,коммутатор организует виртуальное соединение порта отправителя с портомполучателя и передает пакет через это соединение. На рисунке 4 узел А посылаетпакет узлу D. Найдя адрес получателя в своей внутренней таблице, коммутаторпередает пакет в порт 4.

/>

Рисунок 4

Виртуальное соединение между портами коммутатора сохраняется в течениепередачи одного пакета, т.е. для каждого пакета виртуальное соединениеорганизуется заново на основе содержащегося в этом пакете адреса получателя.

Поскольку пакет передается только в тот порт, к которому подключен адресат,остальные пользователи (в нашем примере — B и C) не получат этот пакет. Такимобразом, коммутаторы обеспечивают средства безопасности, недоступные длястандартных повторителей Ethernet (см. раздел «Сравнение сетевыхустройств»).

Одновременные соединения

В коммутаторах Ethernet передача данных между любыми парами портовпроисходит независимо и, следовательно, для каждого виртуального соединениявыделяется вся полоса канала. Например, коммутатор 10 Mbps на рисунке 5обеспечивает одновременную передачу пакета из A в D и из порта B в порт C сполосой 10 Mbps для каждого соединения.

/>

Рисунок 5

Поскольку для каждого соединения предоставляется полоса Mbps, суммарная пропускнаяспособность коммутатора в приведенном примере составляет 20 Mbps. Если данныепередаются между большим числом пар портов, интегральная полоса соответственнорасширяется. Например, 24 портовый коммутатор Ethernet может обеспечиватьинтегральную пропускную способность до 120 Mbps при одновременной организации12 соединений с полосой 10 Mbps для каждого из них. теоретически, интегральнаяполоса коммутатора растет пропорционально числу портов. Однако, в реальностискорость пересылки пакетов, измеренная в Mbps, меньше чем суммарная полоса парпортов за счет так называемой внутренней блокировки. Для коммутаторов высокогокласса блокировка весьма незначительно снижает интегральную полосу устройства.

Коммутатор Ethernet 10 Mbps может обеспечить высокую пропускную способностьпри условии организации одновременных соединений между всеми парами портов.Однако, в реальной жизни трафик обычно представляет собой ситуацию «одинко многим» (например, множество пользователей сети обращается к ресурсамодного сервера). В таких случаях пропускная способность коммутатора в нашемпримере не будет превышать 10 Mbps, и коммутатор не обеспечит существенногопреимущества по сравнению с обычным концентратором (повторителем).

/>

Рисунок 6

На рисунке 6 три узла A, B и D передают данные узлу C. Коммутатор сохраняетпакеты от узлов A и B в своей памяти до тех пор, пока не завершится передачапакета из узла D. После завершения передачи пакета коммутатор начинаетпередавать хранящиеся в памяти пакеты от узлов A и B. В данном случаепропускная способность коммутатора определяется полосой канала C (в данномслучае 10 Mbps). Описанная в данном примере ситуация является другой формойблокировки.

Производительность коммутатора

Другим важным параметром коммутатора является его производительность. Длятого, чтобы охарактеризовать ее используются несколько параметров:

Скорость передачи между портами

При полосе 10 Mbps Ethernet может передавать 14880 пакетов в секунду (PPS)для пакетов минимального размера (64 байта). Этот параметр определяетсясвойствами среды. Коммутатор, который способен обеспечить скорость 14880 PPSмежду портами, полностью использует возможности среды. Полоса пропускания средыявляется важным параметром, поскольку коммутатор, обеспечивающий передачупакетов с такой скоростью, полностью использует возможности среды, предоставляяпользователям максимальную полосу.

Общая пропускная способность

Измеренная в Mbps или PPS, общая пропускная способность характеризуетмаксимальную скорость, с которой пакеты могут передаваться через коммутаторадресатам. В коммутаторах, все порты которых имеют полосу 10 Mbps суммарнаяпропускная способность равна скорости порта, умноженной на число виртуальныхсоединений, которые могут существовать одновременно (число портов коммутатора,поделенное на 2). Коммутатор, способный обеспечивать максимальную скоростьпередачи не имеет внутренней блокировки.

Задержка

Задержка — это промежуток времени между получением пакета от отправителя ипередачей его получателю. Обычно задержку измеряют относительно первого битапакета.

Коммутаторы Ethernet могут обеспечивать очень низкую задержку после того,как будет определен адресат. Поскольку адрес получателя размещается в началепакета, передачу можно начать до того, как пакет будет полностью принят ототправителя. Такой метод называется коммутацией на лету (cut-through) иобеспечивает минимальную задержку. Малая задержка важна, поскольку с нейнепосредственно связана производительность коммутатора. Однако метод коммутациина лету не проверяет пакеты на предмет ошибок.

При таком способе коммутатор передает все пакеты (даже те, которые содержатошибки). Например, при возникновении коллизии после начала передачи пакета(адрес уже получен) полученный фрагмент все равно будет передан адресату.Передача таких фрагментов занимает часть полосы канала и снижает общуюпроизводительность коммутатора.

При передаче пакетов из низкоскоростного порта в высокоскоростной (например,из порта 10 Mbps в порт 100 Mbps) коммутацию на лету использовать вообщеневозможно. Поскольку порт-приемник имеет большую скорость, нежели передатчик,при использовании коммутации на лету неизбежно возникнут ошибки. Приорганизации виртуального соединения между портами с разной скоростью требуетсябуферизация пакетов.

Малая задержка повышает производительность сетей, в которых данныепередаются в виде последовательности отдельных пакетов, каждый из которыхсодержит адрес получателя. В сетях, где данные передаются в формепоследовательности пакетов с организацией виртуального канала, малая задержкаменьше влияет на производительность

Повторители

Повторители Ethernet, контексте сетей 10Base-T часто называемыеконцентраторами или хабами, работают в соответствии со стандартом IEEE 802.3.Повторитель просто передает полученные пакеты во все свои порты независимо отадресата.

Хотя все устройства, подключенные к повторителю Ethernet (включая другиеповторители) «видят» весь сетевой трафик, получить пакет должентолько тот узел, которому он адресован. Все остальные узлы должны игнорироватьэтот пакет. некоторые сетевые устройства (например, анализаторы протоколов)работают на основе того, что сетевая среда (типа Ethernet) являетсяобщедоступной и анализируют весь сетевой трафик. Для некоторых сред, однако,способность каждого узла видеть все пакеты неприемлема по соображениямбезопасности.

С точки зрения производительности повторители просто передают пакеты сиспользованием всей полосы канала. Задержка, вносимая повторителем весьма мала(в соответствии с IEEE 802.3 — менее 3 микросекунд). Сети, содержащие повторителиимеют полосу 10 Mbps подобно сегменту на основе коаксиального кабеля ипрозрачны для большинства сетевых протоколов, таких как TCP/IP и IPX.

Мосты

Мосты функционируют в соответствии со стандартом IEEE 802.1d. Подобнокоммутаторам Ethernet мосты не зависят от протокола и передают пакеты порту, ккоторому подключен адресат. Однако, в отличие от большинства коммутаторовEthernet, мосты не передают фрагменты пакетов при возникновении коллизий ипакеты с ошибками, поскольку все пакеты буферизуются перед их пересылкой в портадресата. Буферизация пакетов (store-and-forward) приводит к возникновениюзадержки по сравнению с коммутацией на лету. Мосты могут обеспечиватьпроизводительность, равную пропускной способности среды, однако внутренняяблокировка несколько снижает скорость их работы.

Маршрутизаторы

Работа маршрутизаторов зависит от сетевых протоколов и определяетсясвязанной с протоколом информацией, передаваемой в пакете. Подобно мостам,маршрутизаторы не передают адресату фрагменты пакетов при возникновенииколлизий. Маршрутизаторы сохраняют пакет целиком в своей памяти прежде, чемпередать его адресату, следовательно, при использовании маршрутизаторов пакетыпередаются с задержкой. Маршрутизаторы могут обеспечивать полосу, равнуюпропускной способности канала, однако для них характерно наличие внутреннейблокировки. В отличие от повторителей, мостов и коммутаторов маршрутизаторыизменяют все передаваемые пакеты.

Резюме

Основные различия между сетевыми устройствами показаны в таблице 2.

Таблица 2.

< 3 мксек

(коммутация на лету)

< 40 мксек

(для устройств с буферизацией зависит от размера пакета)

50 — 1500 мксек

(в зависимости от протокола задержка может возрастать)

Хотя все коммутаторы имеют много общего, целесообразно разделить их на двакласса, предназначенных для решения разных задач.

Коммутаторы для рабочих групп обеспечивают выделенную полосу при соединениилюбой пары узлов, подключенных к портам коммутатора. Если порты имеютодинаковую скорость, получатель пакета должен быть свободен, чтобы не возниклоблокировки.

Поддерживая на каждый порт по крайней мере то число адресов, которые могутприсутствовать в сегменте, коммутатор обеспечивает для каждого порта выделеннуюполосу 10 Mbps. Каждый порт коммутатора связан с уникальным адресомподключенного к данному порту устройства Ethernet.

/>

Рисунок 7

Физическое соединение «точка-точка» между коммутаторами рабочихгрупп и узлами 10Base-T обычно выполняется неэкранированным кабелем на основескрученных пар, а в узлах сети устанавливается оборудование, соответствующеестандарту 10Base-T.

Коммутаторы рабочих групп могут работать со скоростью 10 или 100 Mbps дляразличных портов. Такая возможность снижает уровень блокировки при попыткеорганизации нескольких соединений клиентов 10 Mbps с одним скоростным портом. Врабочих группах с архитектурой клиент-сервер несколько клиентов 10 Mbps могутобращаться к серверу, подключенному к порту 100 Mbps. В показанном на рисунке 8примере три узла 10 Mbps одновременно обращаются к серверу через порт 100 Mbps.Из полосы 100 Mbps, доступной для доступа к серверу, используется 30 Mbps, а 70Mbps доступно для одновременного подключения к серверу еще семи устройств 10Mbps через виртуальные каналы.

/>

Рисунок 8

Поддержка различных скоростей полезна также для объединения групповыхкоммутаторов Ethernet с использованием концентраторов 100 Mbps Fast Ethernet(100Base-T) в качестве локальных магистралей (local backbone). В показанной нарисунке 9 конфигурации коммутаторы, поддерживающие скорости 10 Mbps и 100 Mbpsподключены к концентратору 100 Mbps. Локальный трафик остается в пределахрабочей группы, а остальной трафик передается в сеть через концентратор 100Mbps Ethernet.

/>

Рисунок 9

Для подключения к повторителю 10 или 100 Mbps коммутатор должен иметь порт,способный работать с большим числом адресов Ethernet.

Основным преимуществом коммутаторов для рабочих групп является высокаяпроизводительность сети на уровне рабочей группы за счет предоставления каждомупользователю выделенной полосы канала (10 Mbps). Кроме того, коммутаторыснижают (в пределе до нуля) количество коллизий — в отличие от магистральныхкоммутаторов, описанных ниже, коммутаторы рабочих групп, не будут передаватьколлизионные фрагменты адресатам. Коммутаторы для рабочих групп позволяютполностью сохранить сетевую инфраструктуру со стороны клиентов, включаяпрограммы, сетевые адаптеры, кабели. Стоимость коммутаторов для рабочих групп врасчете на один порт сегодня сравнима с ценами портов управляемых концентраторов.

Магистральные коммутаторы обеспечивают соединение со скоростью передачисреды между парой незанятых сегментов Ethernet. Если скорость портов дляотправителя и получателя совпадают, сегмент получателя должен быть свободен воизбежание блокировки.

/>

Рисунок 10

На уровне рабочей группы каждый узел разделяет полосу 10 Mbps с другимиузлами в том же сегменте. Пакет, адресованный за пределы данной группы, будетпередан магистральным коммутатором как показано на рисунке 10. Магистральныйкоммутатор обеспечивает одновременную передачу пакетов со скоростью среды междулюбыми парами своих портов. Подобно коммутаторам для рабочих групп,магистральные коммутаторы могут поддерживать различную скорость для своихпортов. Магистральные коммутаторы могут работать с сегментами 10Base-T исегментами на основе коаксиального кабеля. В большинстве случаев использованиемагистральных коммутаторов обеспечивает более простой и эффективный способповышения производительности сети по сравнению с маршрутизаторами и мостами.

/>

Рисунок 11

Основным недостатком при работе с магистральными коммутаторами является то,что на уровне рабочих групп пользователи работают с разделяемой средой, еслиони подключены к сегментам, организованным на основе повторителей иликоаксиального кабеля. Более того, время отклика на уровне рабочей группы можетбыть достаточно большим. В отличие от узлов, подключенных к портам коммутатора,для узлов, находящихся в сегментах 10Base-T или сегментах на основекоаксиального кабеля полоса 10 Mbps не гарантируется и они зачастую вынужденыждать, пока другие узлы не закончат передачу своих пакетов. На уровне рабочейгруппы по прежнему сохраняются коллизии, а фрагменты пакетов с ошибками будутпересылаться во все сети, подключенные к магистрали. Перечисленных недостатковможно избежать, если на уровне рабочих групп использовать коммутаторы взаменхабов 10Base-T. В большинстве ресурсоемких приложений коммутатор 100 Mbps можетвыполнять роль скоростной магистрали для коммутаторов рабочих групп с портами10 и 100 Mbps, концентраторами 100 Mbps и серверами, в которых установленыадаптеры Ethernet 100 Mbps.

Основные свойства коммутаторов Ethernet приведены в таблице 3:

Таблица 3

Характеристика

Коммутатор для рабочей группы

Магистральный коммутатор

Ниже перечислены основные преимущества использования коммутаторов Ethernet:

Магистральные коммутаторы прежде всего используются в качестве недорогойальтернативы многопротокольным маршрутизаторам для сегментирования сети.Например, при добавление в сеть, уже содержащую 100 узлов, некоторогоколичества производительных станций, работа этих станций в сети будет казатьсязамедленной. Выходом из положения может быть деление сети на несколькосегментов с использование магистрального коммутатора для связи этих сегментов.

/>

Рисунок 12

В приведенном на рисунке 12 примере интегральная пропускная способностьсоставляет 40 Mbps (четыре сегмента 10 Mbps Ethernet). В такой ситуации можноиспользовать для сегментирования и мультипротокольный маршрутизатор, однако этобудет дороже и сложнее. Если основной задачей является повышениепроизводительности сети, установка коммутатора обеспечит наиболее простое иэффективное решение.

Магистральные коммутаторы обеспечивают эффективное сегментирование сети, акоммутаторы для рабочих групп способны предоставить каждому пользователю всюполосу среды. Следовательно, коммутаторы для рабочих групп позволяютзначительно повысить производительность работы каждого пользователя в группе иизбавить от коллизий. Повышение производительности и снижение времени откликаобеспечивают гигантские преимущества по сравнению с использованием разделяемойсреды.

/>

Рисунок 13

Если все узлы подключены к концентратору 10Base-T производительность будетневысокой за счет частых случаев одновременного обращения несколькихпользователей к одному серверу. Замена хаба 10Base-T коммутатором для рабочейгруппы может существенно повысить производительность работы группы.

Рабочие группы с архитектурой клиент-сервер

Для рабочих групп, где большая часть трафика связана с одним узлом (сервер)существенно повысить производительность можно за счет использованиякоммутатора, имеющего порты, работающие с более высокой скоростью, нежелискорость клиентов В таком случае сервер подключается к порту 100 Mbps, чтопозволяет избавиться от пробок при одновременном обращении к серверу несколькихпользователей (см. рисунок 8). Используя порт 100 Mbps для подключения сервера,можно обеспечить десять одновременных подключений со скоростью 10 Mbps. Порт100 Mbps можно также использовать для подключения к магистральному коммутаторуили концентратору 100 Mbps.

Создание больших сетей Ethernet на базе коммутаторов для рабочих групптребует организации скоростного соединения коммутаторов между собой. Крометого, целесообразно организовать скоростную магистраль для доступа к серверам,используемым всеми рабочими группами сети. Для организации такой магистралиможно использовать коммутаторы или хабы 100 Mbps Ethernet, к портам которыхподключаются коммутаторы рабочих групп как это показано на рисунке 14.

/>

Рисунок 14

В нашем примере рабочие станции имеют выделенную полосу 10 Mbps для доступак серверам через коммутатор рабочей группы и концентратор 100 Mbps Ethernet.Концентратор 100Base-T и корпоративные серверы обычно располагаются в одномпомещении, а коммутаторы рабочих групп устанавливаются вблизи этих групп исоединяются с хабом стандартными кабелями.

Коммутация Ethernet является недорогой высокопроизводительной технологиеймодернизации существующих сетей 10 Mbps Ethernet. Коммутатор является достойнойальтернативой многопротокольным маршрутизаторам для деление больших сетей нанесколько сегментов. Коммутаторы для рабочих групп предоставляют выделеннуюполосу каждому пользователю и, по сути, являются единственным эффективнымспособом модернизации сетей 10Base-T. Стоимость таких коммутаторов в расчете наодин порт сегодня сравнима с ценой порта в сегментируемом наращиваемомконцентраторе. При использовании вместе с магистралями 100 Mbps коммутаторы длярабочих групп позволяют организовать большие высокопроизводительные сети. Дляорганизации эффективных магистралей 100 Mbps следует использовать коммутаторы100 Mbps Ethernet, известные также как Fast Ethernet и 100Base-T. Коммутаторыможно использовать без внесения каких-либо изменений в существующие кабельныесистемы 10Base-T, оборудование рабочих станций и т.п., что позволяетзначительно снизить расходы на модернизацию сетей.

www.ronl.ru

Реферат - Коммутаторы для МВС. Простые коммутаторы. Алгоритмы арбитража. Составные коммутаторы. Коммутатор Клоза. Баньян-сети.

Коммутаторы обеспечивают параллельную работу процессорных модулей и вычислительных машин в системах. Сетевые коммутаторы разделяются на простые сетевые коммутаторы и составные сетевые коммутаторы. Простыекоммутаторы имеют малую задержку, но могут быть использованы только для построениясистем с малым числом узлов. Составные коммутаторы строятся путем объединения простых коммутаторов.

Простые коммутаторы делятся на коммутаторы свременным разделением и коммутаторы с пространственным разделением.

Коммутаторы с временным разделением представляют собой шины. Так как шина является разделяемым ресурсом, процессорные узлы вынуждены конкурировать за доступ к этому ресурсу. Для разрешения конфликтов в узлах используются различные алгоритмы арбитража. Имеется несколько стандартов на шинные структуры, например, стандарты PCI, VME, Fastbus и др. Шина является достаточно дешевым и надежным коммутатором. Однако при коммутации большого количества коротких сообщений накладные расходы на арбитраж становятся значительными, что существенно ограничивает пропускную ее способность.

Коммутаторы с пространственным разделением (координатный коммутатор, с.м. схему на рисунке). Коммутатор с пространственным разделением представляет собой совокупность мультиплексоров, число которых равно количеству выходов коммутатора. Имеют минимальное время задержки на коммутацию, но высокую сложность, а потому и недостаточно высокую надежность. Одним из самых важных свойств коммутаторов с пространственным разделением является то, что он представляет собой неблокирующую коммуникационную сеть. Т.е. ни один из входов не может получить отказа от соединения из-за занятости какого-либо мультиплексора (конечно, при условии, что свободен требуемый выход). Еще одним важным достоинством такого коммутатора является отсутствие необходимости планирования схемы соединений.

Составные коммутаторы (рис — Клоза). Основная идея создания составных коммутаторов состоит в объединении простых коммутаторов каналами типа «точка — точка». Составной коммутатор требует меньше оборудования, чем простой коммутатор с таким же количеством входов – выходов. Однако составной коммутатор при этом имеет большую задержку на коммутацию, которая растет пропорционально количеству уровней коммутации (см. ниже).

Может быть построен в качестве альтернативы для прямоугольного коммутатора с (m x d) входами и (m x d) выходами. Он формируется из трех каскадов коммутаторов: m коммутаторов (d x d) во входном каскаде, m коммутаторов (d x d) в выходном и d промежуточных коммутаторов (m x m).

Соединения внутри коммутатора устроены следующим образом:

j-й выход i-ого коммутатора входного каскада соединен с i-ым входом j-ого промежуточного коммутатора;

j-й вход k-ого коммутатора выходного каскада соединен с k-ым выходом j-ого промежуточного коммутатора.

Данный тип составных коммутаторов позволяет соединять любой вход с любым выходом, однако при установленных соединениях добавление нового соединения может потребовать разрыва и переустановления всех соединений.

Соединения простых коммутаторов в коммутаторе Клоза выполняется по следующему правилу (рис):

· k-й выход коммутатора K1,j соединяется с i-м входом коммутатора K2,k

· k-й вход коммутатора K3,j соеиняется с j-м выходом коммутатора K2,k

Общее количество простых коммутаторов в коммутаторе Клоза равно 2m+l

Коммутатор Клоза представляет собой блокирующую коммуникационную сеть. Вход здесь может получить отказа от соединения из-за занятости какого-либо простого коммутатора.

Составные коммутаторы. Баньян-сети.коммутационная сеть класса многоярусных соединительных сетей. Коммутаторы этого типа строятся на базе прямоугольных коммутаторов таким образом, что существует только один путь от каждого входа к каждому выходу.

Наиболее важной разновидностью баньян-сетей является дельта-сеть. Она формируется из прямоугольных коммутаторов (a x b) и представляет собой n-каскадный коммутатор с (an) входами и (bn) выходами. Составляющие коммутаторы соединены так, что для соединения любого входа и выхода образуется единственный путь одинаковой для всех пар входов и выходов длины.

а) смешанные (Омега) сеть; b) реверсная смешанная сеть;

c) особо чувствительная Баньян сеть; d) обыкновенная сеть;

www.ronl.ru

Курсовая работа - Коммутаторы Ethernet

Что такое коммутаторEthernet?

Основы

Атрибуты коммутаторовEthernet

Сравнение сетевых устройств

Классы коммутаторов Ethernet

Коммутаторы для рабочих групп

Магистральные коммутаторы

Преимущества коммутаторовEthernet

Применение коммутаторов

Объединение концентраторов10Base-T с помощью магистрального коммутатора

Выделенная полоса для каждогопользователя

Рабочие группы с несколькимисерверами

Объединение коммутатороврабочих групп и корпоративных серверов

Заключение

Разработанный в 1973 стандарт Ethernet сегодня является наиболее популярнымсреди стандартов ЛВС. Как технология с разделяемой средой Ethernet обеспечиваетскорость передачи 10 мегабит в секунду (Mbps) для всех пользователей, имеющихдоступ к среде передачи и протокол разрешения доступа.

По мере расширения сети доступная пользователю полоса (средняя скоростьпередачи) сужается за счет того, что канал 10 Mbps делится между всеми узламисети. Повышение производительности компьютеров и использование приложений синтенсивным сетевым трафиком требует расширения полосы для полной реализациивозможностей программ и оборудования. Расширение сетей и повышениепроизводительности компьютеров требуют расширения доступной пользователямполосы, обеспечиваемой сетевой средой передачи.

Существует два способа расширения полосы, доступной каждому пользователю.Технология Fast Ethernet базируется на расширении полосы разделяемой среды до100 Mbps, обеспечивая рост скорости в 10 раз. Другим способ является снижениечисла узлов сети, имеющих доступ к разделяемой среде и, следовательно,расширение доступной оставшимся узлам полосы. В предельном случае вся полосаканала передачи может быть предоставлена одному пользователю.

Процесс снижения числа узлов в сети называется сегментацией и осуществляетсяза счет деления большой сети на несколько меньших. Поскольку пользователямможет требоваться доступ к ресурсам других сегментов, нужен механизмобеспечения такого доступа, обеспечивающий межсегментный обмен с достаточновысокой скоростью. Новый тип устройств, называемых коммутаторами Ethernet,обеспечивает требуемые возможности. В данной статье рассматриваются различныетипы коммутаторов Ethernet и их роль в повышении производительности сетейEthernet.

Коммутатор Ethernet представляет собой устройство для организации сетейбольшого размера. Для того, чтобы лучше разобраться в устройстве и работекоммутаторов Ethernet, полезно понять основы технологии организации кабельныхсистем сети.

Повторители

В начале 80-х годов сети Ethernet организовывались на базе шинной топологиис использованием сегментов на основе коаксиального кабеля длиной до 500 метров.Увеличение размеров сетей поставило задачу преодоления 500-метрового барьера.Для решения этой задачи использовались повторители (repeater):

/>

Повторитель просто копирует (пересылает) все пакеты Ethernet из одногосегмента во все другие, подключенные к нему. Основной задачей повторителяявляется восстановление электрических сигналов для передачи их в другиесегменты. За счет усиления и восстановления формы электрических сигналовповторителем становится возможным расширение сетей, построенных на основекоаксиального кабеля и увеличение общего числа пользователей сети

Мосты и маршрутизаторы

При использовании повторителей максимальная протяженность сети составляет2500 метров. Для преодоления этого ограничения требуются другие устройства,называемые мостами (bridge). Мосты имеют много отличий от повторителей.Повторители передают все пакеты, а мосты только те, которые нужно. Если пакетне нужно передавать в другой сегмент, он фильтруется. Для мостов существуютмногочисленные алгоритмы (правила) передачи и фильтрации пакетов минимальнымтребованием является фильтрация пакетов по адресу получателя.

Другим важным отличием мостов от повторителей является то, что сегменты,подключенные к повторителю образуют одну разделяемую среду, а сегменты,подключенные к каждому порту моста образуют свою среду с полосой 10 Mbps. Прииспользовании моста пользователи одного сегмента разделяют полосу, апользователи разных сегментов используют независимые Среды. Следовательно, мостобеспечивает преимущества как с точки зрения расширения сети, так и обеспечениябольшей полосы для каждого пользователя.

/>

Поначалу в сетях Ethernet использовалась шинная топология на основекоаксиального кабеля, а для расширения сетей применялись 2-х портовыеповторители или мосты. Однако, в конце 80-х годов началось широкоераспространение сетей на основе кабеля со скрученными парами проводников (витаяпара). Новая технология 10Base-T стала очень популярной и привела ктрансформации топологии сетей от шинной магистрали к организации соединенийтипа «звезда». Требования к повторителям и мостам для таких сетейсущественно изменились по сравнению с простыми двухпортовыми устройствами длясетей с шинной топологией — современные мосты и повторители представляют собойсложные многопортовые устройства. Мосты позволяют сегментировать сети наменьшие части, в которых общую среду разделяет небольшое число пользователей.

/>

Маршрутизаторы, подобно мостам, также позволяют сегментировать сетиEthernet. маршрутизаторы фильтруют и пересылают сетевой трафик на основеалгоритмов и правил, существенно отличающихся от тех, что используются мостами.Такой способ сегментирования сетей более дорог многопортовые мосты имаршрутизаторы обычно стоят около $1,000 за порт.

Переключение портов

Сегодняшние модульные концентраторы (повторители) часто позволяюторганизовать несколько сегментов, каждый из которых предоставляет пользователямотдельную разделяемую полосу 10 Mbps. Некоторые концентраторы позволяютпрограммным путем разделять порты устройства на независимые сегменты такаявозможность называется переключением портов. Концентратор, к примеру, можетсодержать три различных сегмента Ethernet, организуемые внутренними средствамихаба. Переключение портов обеспечивает администратору сети высокую гибкостьорганизации сегментов, позволяя переносить порты из одного сегмента в другойпрограммными средствами. Эта возможность особенно полезна для распределениянагрузки между сегментами Ethernet и снижения расходов, связанных с подобнымиоперациями. Переключение портов статическое связывание портов с различнымисегментами Ethernet — сильно отличается от описанной ниже коммутации Ethernet.

Коммутаторы Ethernet подобно мостам и маршрутизаторам способнысегментировать сети Ethernet. Как и многопортовые мосты коммутаторы передаютпакеты между портами на основе адреса получателя, включенного в каждый пакет.реализация коммутаторов обычно отличается от мостов в части возможностиорганизации одновременных соединений между любыми парами портов устройства — это значительно расширяет суммарную пропускную способность сети. Более того,мосты в соответствии со стандартом IEEE 802.1d должны получить пакет целиком дотого, как он будет передан адресату, а коммутаторы могут начать передачупакета, не приняв его полностью.

Виртуальные соединения

Коммутатор Ethernet поддерживает внутреннюю таблицу, связывающую порты садресами подключенных к ним устройств (таблица 1). Эту таблицу администраторсети может создать самостоятельно или задать ее автоматическое созданиесредствами коммутатора.

Таблица 1

Используя таблицу адресов и содержащийся в пакете адрес получателя,коммутатор организует виртуальное соединение порта отправителя с портомполучателя и передает пакет через это соединение. На рисунке 4 узел А посылаетпакет узлу D. Найдя адрес получателя в своей внутренней таблице, коммутаторпередает пакет в порт 4.

/>

Рисунок 4

Виртуальное соединение между портами коммутатора сохраняется в течениепередачи одного пакета, т.е. для каждого пакета виртуальное соединениеорганизуется заново на основе содержащегося в этом пакете адреса получателя.

Поскольку пакет передается только в тот порт, к которому подключен адресат,остальные пользователи (в нашем примере — B и C) не получат этот пакет. Такимобразом, коммутаторы обеспечивают средства безопасности, недоступные длястандартных повторителей Ethernet (см. раздел «Сравнение сетевыхустройств»).

Одновременные соединения

В коммутаторах Ethernet передача данных между любыми парами портовпроисходит независимо и, следовательно, для каждого виртуального соединениявыделяется вся полоса канала. Например, коммутатор 10 Mbps на рисунке 5обеспечивает одновременную передачу пакета из A в D и из порта B в порт C сполосой 10 Mbps для каждого соединения.

/>

Рисунок 5

Поскольку для каждого соединения предоставляется полоса Mbps, суммарная пропускнаяспособность коммутатора в приведенном примере составляет 20 Mbps. Если данныепередаются между большим числом пар портов, интегральная полоса соответственнорасширяется. Например, 24 портовый коммутатор Ethernet может обеспечиватьинтегральную пропускную способность до 120 Mbps при одновременной организации12 соединений с полосой 10 Mbps для каждого из них. теоретически, интегральнаяполоса коммутатора растет пропорционально числу портов. Однако, в реальностискорость пересылки пакетов, измеренная в Mbps, меньше чем суммарная полоса парпортов за счет так называемой внутренней блокировки. Для коммутаторов высокогокласса блокировка весьма незначительно снижает интегральную полосу устройства.

Коммутатор Ethernet 10 Mbps может обеспечить высокую пропускную способностьпри условии организации одновременных соединений между всеми парами портов.Однако, в реальной жизни трафик обычно представляет собой ситуацию «одинко многим» (например, множество пользователей сети обращается к ресурсамодного сервера). В таких случаях пропускная способность коммутатора в нашемпримере не будет превышать 10 Mbps, и коммутатор не обеспечит существенногопреимущества по сравнению с обычным концентратором (повторителем).

/>

Рисунок 6

На рисунке 6 три узла A, B и D передают данные узлу C. Коммутатор сохраняетпакеты от узлов A и B в своей памяти до тех пор, пока не завершится передачапакета из узла D. После завершения передачи пакета коммутатор начинаетпередавать хранящиеся в памяти пакеты от узлов A и B. В данном случаепропускная способность коммутатора определяется полосой канала C (в данномслучае 10 Mbps). Описанная в данном примере ситуация является другой формойблокировки.

Производительность коммутатора

Другим важным параметром коммутатора является его производительность. Длятого, чтобы охарактеризовать ее используются несколько параметров:

Скорость передачи между портами

При полосе 10 Mbps Ethernet может передавать 14880 пакетов в секунду (PPS)для пакетов минимального размера (64 байта). Этот параметр определяетсясвойствами среды. Коммутатор, который способен обеспечить скорость 14880 PPSмежду портами, полностью использует возможности среды. Полоса пропускания средыявляется важным параметром, поскольку коммутатор, обеспечивающий передачупакетов с такой скоростью, полностью использует возможности среды, предоставляяпользователям максимальную полосу.

Общая пропускная способность

Измеренная в Mbps или PPS, общая пропускная способность характеризуетмаксимальную скорость, с которой пакеты могут передаваться через коммутаторадресатам. В коммутаторах, все порты которых имеют полосу 10 Mbps суммарнаяпропускная способность равна скорости порта, умноженной на число виртуальныхсоединений, которые могут существовать одновременно (число портов коммутатора,поделенное на 2). Коммутатор, способный обеспечивать максимальную скоростьпередачи не имеет внутренней блокировки.

Задержка

Задержка — это промежуток времени между получением пакета от отправителя ипередачей его получателю. Обычно задержку измеряют относительно первого битапакета.

Коммутаторы Ethernet могут обеспечивать очень низкую задержку после того,как будет определен адресат. Поскольку адрес получателя размещается в началепакета, передачу можно начать до того, как пакет будет полностью принят ототправителя. Такой метод называется коммутацией на лету (cut-through) иобеспечивает минимальную задержку. Малая задержка важна, поскольку с нейнепосредственно связана производительность коммутатора. Однако метод коммутациина лету не проверяет пакеты на предмет ошибок.

При таком способе коммутатор передает все пакеты (даже те, которые содержатошибки). Например, при возникновении коллизии после начала передачи пакета(адрес уже получен) полученный фрагмент все равно будет передан адресату.Передача таких фрагментов занимает часть полосы канала и снижает общуюпроизводительность коммутатора.

При передаче пакетов из низкоскоростного порта в высокоскоростной (например,из порта 10 Mbps в порт 100 Mbps) коммутацию на лету использовать вообщеневозможно. Поскольку порт-приемник имеет большую скорость, нежели передатчик,при использовании коммутации на лету неизбежно возникнут ошибки. Приорганизации виртуального соединения между портами с разной скоростью требуетсябуферизация пакетов.

Малая задержка повышает производительность сетей, в которых данныепередаются в виде последовательности отдельных пакетов, каждый из которыхсодержит адрес получателя. В сетях, где данные передаются в формепоследовательности пакетов с организацией виртуального канала, малая задержкаменьше влияет на производительность

Повторители

Повторители Ethernet, контексте сетей 10Base-T часто называемыеконцентраторами или хабами, работают в соответствии со стандартом IEEE 802.3.Повторитель просто передает полученные пакеты во все свои порты независимо отадресата.

Хотя все устройства, подключенные к повторителю Ethernet (включая другиеповторители) «видят» весь сетевой трафик, получить пакет должентолько тот узел, которому он адресован. Все остальные узлы должны игнорироватьэтот пакет. некоторые сетевые устройства (например, анализаторы протоколов)работают на основе того, что сетевая среда (типа Ethernet) являетсяобщедоступной и анализируют весь сетевой трафик. Для некоторых сред, однако,способность каждого узла видеть все пакеты неприемлема по соображениямбезопасности.

С точки зрения производительности повторители просто передают пакеты сиспользованием всей полосы канала. Задержка, вносимая повторителем весьма мала(в соответствии с IEEE 802.3 — менее 3 микросекунд). Сети, содержащие повторителиимеют полосу 10 Mbps подобно сегменту на основе коаксиального кабеля ипрозрачны для большинства сетевых протоколов, таких как TCP/IP и IPX.

Мосты

Мосты функционируют в соответствии со стандартом IEEE 802.1d. Подобнокоммутаторам Ethernet мосты не зависят от протокола и передают пакеты порту, ккоторому подключен адресат. Однако, в отличие от большинства коммутаторовEthernet, мосты не передают фрагменты пакетов при возникновении коллизий ипакеты с ошибками, поскольку все пакеты буферизуются перед их пересылкой в портадресата. Буферизация пакетов (store-and-forward) приводит к возникновениюзадержки по сравнению с коммутацией на лету. Мосты могут обеспечиватьпроизводительность, равную пропускной способности среды, однако внутренняяблокировка несколько снижает скорость их работы.

Маршрутизаторы

Работа маршрутизаторов зависит от сетевых протоколов и определяетсясвязанной с протоколом информацией, передаваемой в пакете. Подобно мостам,маршрутизаторы не передают адресату фрагменты пакетов при возникновенииколлизий. Маршрутизаторы сохраняют пакет целиком в своей памяти прежде, чемпередать его адресату, следовательно, при использовании маршрутизаторов пакетыпередаются с задержкой. Маршрутизаторы могут обеспечивать полосу, равнуюпропускной способности канала, однако для них характерно наличие внутреннейблокировки. В отличие от повторителей, мостов и коммутаторов маршрутизаторыизменяют все передаваемые пакеты.

Резюме

Основные различия между сетевыми устройствами показаны в таблице 2.

Таблица 2.

< 3 мксек

(коммутация на лету)

< 40 мксек

(для устройств с буферизацией зависит от размера пакета)

50 — 1500 мксек

(в зависимости от протокола задержка может возрастать)

Хотя все коммутаторы имеют много общего, целесообразно разделить их на двакласса, предназначенных для решения разных задач.

Коммутаторы для рабочих групп обеспечивают выделенную полосу при соединениилюбой пары узлов, подключенных к портам коммутатора. Если порты имеютодинаковую скорость, получатель пакета должен быть свободен, чтобы не возниклоблокировки.

Поддерживая на каждый порт по крайней мере то число адресов, которые могутприсутствовать в сегменте, коммутатор обеспечивает для каждого порта выделеннуюполосу 10 Mbps. Каждый порт коммутатора связан с уникальным адресомподключенного к данному порту устройства Ethernet.

/>

Рисунок 7

Физическое соединение «точка-точка» между коммутаторами рабочихгрупп и узлами 10Base-T обычно выполняется неэкранированным кабелем на основескрученных пар, а в узлах сети устанавливается оборудование, соответствующеестандарту 10Base-T.

Коммутаторы рабочих групп могут работать со скоростью 10 или 100 Mbps дляразличных портов. Такая возможность снижает уровень блокировки при попыткеорганизации нескольких соединений клиентов 10 Mbps с одним скоростным портом. Врабочих группах с архитектурой клиент-сервер несколько клиентов 10 Mbps могутобращаться к серверу, подключенному к порту 100 Mbps. В показанном на рисунке 8примере три узла 10 Mbps одновременно обращаются к серверу через порт 100 Mbps.Из полосы 100 Mbps, доступной для доступа к серверу, используется 30 Mbps, а 70Mbps доступно для одновременного подключения к серверу еще семи устройств 10Mbps через виртуальные каналы.

/>

Рисунок 8

Поддержка различных скоростей полезна также для объединения групповыхкоммутаторов Ethernet с использованием концентраторов 100 Mbps Fast Ethernet(100Base-T) в качестве локальных магистралей (local backbone). В показанной нарисунке 9 конфигурации коммутаторы, поддерживающие скорости 10 Mbps и 100 Mbpsподключены к концентратору 100 Mbps. Локальный трафик остается в пределахрабочей группы, а остальной трафик передается в сеть через концентратор 100Mbps Ethernet.

/>

Рисунок 9

Для подключения к повторителю 10 или 100 Mbps коммутатор должен иметь порт,способный работать с большим числом адресов Ethernet.

Основным преимуществом коммутаторов для рабочих групп является высокаяпроизводительность сети на уровне рабочей группы за счет предоставления каждомупользователю выделенной полосы канала (10 Mbps). Кроме того, коммутаторыснижают (в пределе до нуля) количество коллизий — в отличие от магистральныхкоммутаторов, описанных ниже, коммутаторы рабочих групп, не будут передаватьколлизионные фрагменты адресатам. Коммутаторы для рабочих групп позволяютполностью сохранить сетевую инфраструктуру со стороны клиентов, включаяпрограммы, сетевые адаптеры, кабели. Стоимость коммутаторов для рабочих групп врасчете на один порт сегодня сравнима с ценами портов управляемых концентраторов.

Магистральные коммутаторы обеспечивают соединение со скоростью передачисреды между парой незанятых сегментов Ethernet. Если скорость портов дляотправителя и получателя совпадают, сегмент получателя должен быть свободен воизбежание блокировки.

/>

Рисунок 10

На уровне рабочей группы каждый узел разделяет полосу 10 Mbps с другимиузлами в том же сегменте. Пакет, адресованный за пределы данной группы, будетпередан магистральным коммутатором как показано на рисунке 10. Магистральныйкоммутатор обеспечивает одновременную передачу пакетов со скоростью среды междулюбыми парами своих портов. Подобно коммутаторам для рабочих групп,магистральные коммутаторы могут поддерживать различную скорость для своихпортов. Магистральные коммутаторы могут работать с сегментами 10Base-T исегментами на основе коаксиального кабеля. В большинстве случаев использованиемагистральных коммутаторов обеспечивает более простой и эффективный способповышения производительности сети по сравнению с маршрутизаторами и мостами.

/>

Рисунок 11

Основным недостатком при работе с магистральными коммутаторами является то,что на уровне рабочих групп пользователи работают с разделяемой средой, еслиони подключены к сегментам, организованным на основе повторителей иликоаксиального кабеля. Более того, время отклика на уровне рабочей группы можетбыть достаточно большим. В отличие от узлов, подключенных к портам коммутатора,для узлов, находящихся в сегментах 10Base-T или сегментах на основекоаксиального кабеля полоса 10 Mbps не гарантируется и они зачастую вынужденыждать, пока другие узлы не закончат передачу своих пакетов. На уровне рабочейгруппы по прежнему сохраняются коллизии, а фрагменты пакетов с ошибками будутпересылаться во все сети, подключенные к магистрали. Перечисленных недостатковможно избежать, если на уровне рабочих групп использовать коммутаторы взаменхабов 10Base-T. В большинстве ресурсоемких приложений коммутатор 100 Mbps можетвыполнять роль скоростной магистрали для коммутаторов рабочих групп с портами10 и 100 Mbps, концентраторами 100 Mbps и серверами, в которых установленыадаптеры Ethernet 100 Mbps.

Основные свойства коммутаторов Ethernet приведены в таблице 3:

Таблица 3

Характеристика

Коммутатор для рабочей группы

Магистральный коммутатор

Ниже перечислены основные преимущества использования коммутаторов Ethernet:

Магистральные коммутаторы прежде всего используются в качестве недорогойальтернативы многопротокольным маршрутизаторам для сегментирования сети.Например, при добавление в сеть, уже содержащую 100 узлов, некоторогоколичества производительных станций, работа этих станций в сети будет казатьсязамедленной. Выходом из положения может быть деление сети на несколькосегментов с использование магистрального коммутатора для связи этих сегментов.

/>

Рисунок 12

В приведенном на рисунке 12 примере интегральная пропускная способностьсоставляет 40 Mbps (четыре сегмента 10 Mbps Ethernet). В такой ситуации можноиспользовать для сегментирования и мультипротокольный маршрутизатор, однако этобудет дороже и сложнее. Если основной задачей является повышениепроизводительности сети, установка коммутатора обеспечит наиболее простое иэффективное решение.

Магистральные коммутаторы обеспечивают эффективное сегментирование сети, акоммутаторы для рабочих групп способны предоставить каждому пользователю всюполосу среды. Следовательно, коммутаторы для рабочих групп позволяютзначительно повысить производительность работы каждого пользователя в группе иизбавить от коллизий. Повышение производительности и снижение времени откликаобеспечивают гигантские преимущества по сравнению с использованием разделяемойсреды.

/>

Рисунок 13

Если все узлы подключены к концентратору 10Base-T производительность будетневысокой за счет частых случаев одновременного обращения несколькихпользователей к одному серверу. Замена хаба 10Base-T коммутатором для рабочейгруппы может существенно повысить производительность работы группы.

Рабочие группы с архитектурой клиент-сервер

Для рабочих групп, где большая часть трафика связана с одним узлом (сервер)существенно повысить производительность можно за счет использованиякоммутатора, имеющего порты, работающие с более высокой скоростью, нежелискорость клиентов В таком случае сервер подключается к порту 100 Mbps, чтопозволяет избавиться от пробок при одновременном обращении к серверу несколькихпользователей (см. рисунок 8). Используя порт 100 Mbps для подключения сервера,можно обеспечить десять одновременных подключений со скоростью 10 Mbps. Порт100 Mbps можно также использовать для подключения к магистральному коммутаторуили концентратору 100 Mbps.

Создание больших сетей Ethernet на базе коммутаторов для рабочих групптребует организации скоростного соединения коммутаторов между собой. Крометого, целесообразно организовать скоростную магистраль для доступа к серверам,используемым всеми рабочими группами сети. Для организации такой магистралиможно использовать коммутаторы или хабы 100 Mbps Ethernet, к портам которыхподключаются коммутаторы рабочих групп как это показано на рисунке 14.

/>

Рисунок 14

В нашем примере рабочие станции имеют выделенную полосу 10 Mbps для доступак серверам через коммутатор рабочей группы и концентратор 100 Mbps Ethernet.Концентратор 100Base-T и корпоративные серверы обычно располагаются в одномпомещении, а коммутаторы рабочих групп устанавливаются вблизи этих групп исоединяются с хабом стандартными кабелями.

Коммутация Ethernet является недорогой высокопроизводительной технологиеймодернизации существующих сетей 10 Mbps Ethernet. Коммутатор является достойнойальтернативой многопротокольным маршрутизаторам для деление больших сетей нанесколько сегментов. Коммутаторы для рабочих групп предоставляют выделеннуюполосу каждому пользователю и, по сути, являются единственным эффективнымспособом модернизации сетей 10Base-T. Стоимость таких коммутаторов в расчете наодин порт сегодня сравнима с ценой порта в сегментируемом наращиваемомконцентраторе. При использовании вместе с магистралями 100 Mbps коммутаторы длярабочих групп позволяют организовать большие высокопроизводительные сети. Дляорганизации эффективных магистралей 100 Mbps следует использовать коммутаторы100 Mbps Ethernet, известные также как Fast Ethernet и 100Base-T. Коммутаторыможно использовать без внесения каких-либо изменений в существующие кабельныесистемы 10Base-T, оборудование рабочих станций и т.п., что позволяетзначительно снизить расходы на модернизацию сетей.

www.ronl.ru

Смотрите также

• 
  Реферат сметана
• 
  Рентгеноанатомия реферат
• 
  Реферат гипертермия
• 
  Реферат антиоксиданты
• 
  Конфедерация реферат
• 
  Реферат натурализм
• 
  Реферат бурденко
• 
  Реферат ткачество
• 
  Реферат петергоф
• 
  Реферат абак
• 
  Реферат плоттер