| Статистика |
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |
|
КОММУТАТОРЫ ВТОРОГО УРОВНЯ Ethernet 10/100 Мбит/с
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
метод обратного давления - backpressure
фильтрация - filtering
продвижение кадра - forwarding
прозрачный мост - transparent bridge
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
DMA - direct memory access (непосредственный доступ в память)
EPP - Ethernet Packet Processor (процессор интернет пакетов)
POE - port of exit (выходной порт)
HOL - head of line blocking (главный блокиратор линий)
АННОТАЦИЯ
Микросегментация – к каждому порту коммутатора подключено по одному компьютеру.
ВВЕДЕНИЕ
В условиях последовательного развития инфраструктур малого и среднего бизнеса все большее значение приобретает построение локальных сетей на низшем уровне иерархии, то есть сетей начального уровня, рассчитанных на небольшой офис или отдел. Сегодня стало очевидным, что подавляющее большинство таких сетей построено по технологии Ethernet. Классическая технология Ethernet подразумевает режим коллективного доступа к среде передачи данных с опознанием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD). Все компьютеры сети имеют возможность получать данные одновременно, однако в конкретный момент времени передавать данные на общую шину может только один компьютер в сети. Основным недостатком классической технологии Ethernet является сам принцип ее функционирования — в результате коллективного доступа к среде передачи данных увеличение числа пользователей снижает производительность сети.
Классическая технология Ethernet в полной мере реализована в сетях, построенных на концентраторах. При этом подразумевается, что все компьютеры сети работают в полудуплексном режиме, образуя единый домен коллизий.
Сеть, построенная на основе концентратора и объединяющая в себе несколько десятков клиентов, может оказаться недееспособной в том смысле, что скорость передачи данных в такой сети будет неприемлемо низкой или некоторым клиентам будет вообще отказано в доступе к сетевым ресурсам. Известно, что работа в классических сетях Ethernet может быть эффективной при коэффициенте загруженности сети, не превышающем 40%. Повысить производительность сети частично можно за счет перехода на более скоростные протоколы передачи данных. Однако это не решает проблемы масштабируемости сети, так как увеличение скорости передачи данных не изменяет принципа функционирования, если только эта сеть не построена на базе коммутатора.
В отличие от концентраторов коммутаторы являются более интеллектуальными устройствами, способными анализировать адрес назначения кадра и передавать его не всем станциям сети, а только адресату. Более подробно об этом можно узнать в [2].
КОНСТРУКЦИЯ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ
Конструктивно коммутатор представляет собой многопортовое устройство, предназначенное для деления сети на множество сегментов коллизий, схема его работы представлена на рисунке 1. В сетях Ethernet коммутаторы используют в своей работе алгоритм transparent bridge, регламентированного в стандарте IEEE 802.1D. Этот алгоритм подразумевает, что коммутатор «обучается» в процессе работы и строит свою адресную таблицу (таблицу MAC-адресов, Filtering Database) на основе пассивного наблюдения за трафиком, циркулирующим в сети.
Рис. 1 – Работа коммутатора.
Построив таблицу MAC-адресов, коммутатор может передавать полученные кадры не на все порты, а только по адресу назначения. Если на порт коммутатора поступает кадр с адресом назначения, приписанным к другому порту коммутатора, то кадр передается между портами. Такой процесс называется forwarding. Если же коммутатор определяет, что адрес назначения приписан к тому порту, на который поступил данный кадр, то кадр отбрасывается или отфильтровывается, то есть удаляется из буфера порта. Такой процесс называется filtering. На рисунке 2 приведен пример таблицы MAC-адресов коммутатора.
Рис. 2 – Таблица MAC-адресов.
Основное преимущество коммутаторов перед концентраторами заключается в том, что за счет изменения самого принципа коллективного доступа к среде передачи данных коммутаторы позволяют решать задачу масштабируемости сети и повышения ее производительности и пропускной способности. Фактически коммутаторы устраняют главный недостаток технологии Ethernet, предоставляя каждому узлу сети выделенную пропускную способность протокола. Наглядно разница между концентратором и коммутатором видна на рисунке 3.
Практически все современные коммутаторы сетей Ethernet способны работать в двух режимах: 10 Мбит/с по стандарту Ethernet и 100 Мбит/с по стандарту Fast Ethernet. При этом поддерживается как полудуплексный, так и полнодуплексный режим работы. Наглядно о построении сетей можно узнать в [3].
В полудуплексном режиме работы прием и передача кадров осуществляется в различные моменты времени, хотя и по разным витым парам, поэтому даже в случае микросегментации сети возможно возникновение коллизий. При этом доменом коллизий являются сам порт коммутатора, порт сетевого адаптера и собственно сетевой кабель. Коллизия в этих условиях может возникнуть, если сетевой адаптер и порт коммутатора одновременно или почти одновременно начинают передачу кадров, решив, что кабель не занят.
Рис. 3 – Структурная схема.
В полнодуплексном режиме работы такая ситуация не считается коллизией, поскольку данный режим предусматривает одновременную передачу данных в обоих направлениях. Таким образом, если сеть микросегментирована, то есть к каждому порту коммутатора подключено по одному компьютеру, то коллизии в принципе возникать не могут.
Узлу разрешается отправлять кадры в коммутатор, когда бы ему это ни потребовалось. Однако при этом отсутствует механизм регулирования потока от каждого узла. Действительно, ведь при разделении среды передачи данных всеми узлами сети трафик саморегулировался тем, что по мере повышения интенсивности генерации трафика некоторыми узлами повышалась и вероятность перехода этих узлов в режим ожидания. Подробнее работа блока управления представлена на рисунке 4.
Рис. 4 – Работа блока управления.
В полнодуплексном режиме работы нет механизма саморегулирования трафика, и, если дополнительно не предусмотреть средств регулирования потока кадров, коммутаторы могут столкнуться с перегрузками. Для регулирования потока кадров в полнодуплексном режиме работы применяется технология Advanced Flow Control, описанная в стандарте IEEE 802.3х. Эта технология использует для контроля потока кадров со стороны коммутатора команды «Приостановить передачу» и «Возобновить передачу». Сетевой адаптер или порт коммутатора, поддерживающий стандарт IEEE 802.3x, получив команду «Приостановить передачу», прекращает передавать кадры до получения команды «Возобновить передачу».
При работе в полудуплексном режиме коммутатор также может сталкиваться с перегрузками, когда сумма входящих трафиков превышает сумму выходящих. Однако при полудуплексном режиме технология Advanced Flow Control неприемлема, так как передача и прием кадров осуществляются по одной витой паре. В этом случае для управления потоком кадров коммутатор может использовать два метода, основанных на том, что коммутатор, в отличие от конечных узлов, может нарушать некоторые правила доступа к среде передачи данных. Подробнее режимы работы описаны в [1].
Первый метод называется backpressure. В случае, когда коммутатору необходимо «подавить» активность какого-либо порта, он искусственно генерирует коллизии на этот порт, посылая ему jam-последовательности (сигнал jabber).
Второй метод основан на агрессивном поведении порта коммутатора. Агрессивность поведения порта коммутатора заключается в том, что для доступа к среде передачи данных порт не выдерживает технологической паузы между кадрами. В этом случае порт коммутатора монопольно захватывает шину, направляя конечному узлу только свои кадры. Естественно, что сам конечный узел прекращает генерацию кадров, что дает порту коммутатора возможность разгрузить свой внутренний буфер.
Независимо от способа их конструктивной реализации все коммутаторы характеризуются некоторыми общими параметрами, определяющими их производительность при коммутации unicast-трафика. Наиболее важные из них: скорость продвижения (forwarding) и фильтрации (filtering), пропускная способность коммутатора (throughput), время задержки передачи кадра, тип коммутации; размер адресной таблицы и размер буферной памяти.
Скорость продвижения, измеряемая в количестве кадров минимальной длины, то есть 64 байта, в секунду, определяет скорость, с которой происходит передача кадра между входным и выходным портами.
Скорость фильтрации, так же как и скорость продвижения, измеряется в количестве кадров в секунду и характеризует скорость, с которой порт фильтрует, то есть отбрасывает ненужные для передачи кадры.
Пропускная способность коммутатора, измеряемая в мегабитах в секунду (Мбит/с), определяет, какое количество пользовательских данных можно передать через коммутатор за единицу времени.
Максимальное значение пропускной способности достигается на кадрах максимальной длины, поскольку в этом случае доля накладных расходов на служебную информацию в каждом кадре мала.
Время задержки передачи кадра определяется как время, прошедшее с момента поступления первого бита кадра на входной порт коммутатора до момента появления этого бита на его выходном порту. Время задержки, так же как и скорость фильтрации и продвижения, зависит от типа коммутации, поэтому принято указывать лишь минимально возможное время задержки, которое составляет от единиц до десятков микросекунд.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Коммутаторы и конструктивно и функционально весьма разнообразны, в одной небольшой статье невозможно охватить все их аспекты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пахомов С., Самохин С. КОММУТАТОРЫ ВТОРОГО УРОВНЯ ETHERNET 10/100МБИТ/С. - Журнал «Компьютер пресс», 2000.
2. Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Учебник для вузов. 3-е изд. - СПБ.: Питер 2006.
3. Проектирование и внедрение компьютерных сетей. Учебный курс. 2-е изд. Майкл Палмер. – Спб.: БХВ, 2004.
Источник: http:// - указаны в списке литературы |
Категория: Конспекты (курсы КП и ПК) | Добавил: GOLLUM (15.12.2013)
| Автор: Кривенков А.Л.  
|
| Просмотров: 853
| Рейтинг: 5.0/1 |
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ] |
|
