Олимпиада "Наноэлектроника"
Неофициальный сайт

Меню сайта
Категории раздела
Наш опрос
Оцените сайт олимпиады
Всего ответов: 121
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Главная » Статьи » Сети (МИФИ) » Домашние задания (по сетям МИФИ)

Элементная база (ИМС) и архитектура «умных» коммутаторов
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

ФАКУЛЬТЕТ «АВТОМАТИКА И ЭЛЕКТРОНИКА»
Кафедра «Микро- и наноэлектроники»

Отчет по Домашнему Заданию №1
на тему: «Элементная база (ИМС) и архитектура «умных» коммутаторов»




Подготовила студентка группы А9-09
Штойко Е.А.
Проверил доцент кафедры №27
Лапшинский В.А.


Москва 2014


Оглавление:
Реферат 3
Глоссарий 4
Введение 5
Принцип работы коммутатора 6
Элементная база коммутатора 7
Архитектура коммутаторов 9
Дополнительные функциональные возможности «умных» коммутаторов 13
Заключение 14
Литература 15


Реферат
Этот отчет посвящен «умным» коммутаторам, их принципу работы, функциональным возможностям. Рассмотрены примеры архитектур разных сетевых адаптеров.
Число страниц: 15
Рисунков: 7
Источников в списке литературы: 5
Ключевые слова: «умный» коммутатор

Глоссарий
Ethernet– пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей.
Fast Ethernet - набор стандартов передачи данных в компьютерных сетях по технологии Ethernet со скоростью до 100 Мбит/с.
RAM/DRAM - тип энергозависимой полупроводниковой памяти с произвольным доступом.

NVRAM - общее название энергонезависимой памяти

Flash - разновидность полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти
ROM - энергонезависимая память, используется для хранения массива неизменяемых данных.
VLAN - логическая («виртуальная») локальная компьютерная сеть.
QoS - вероятность того, что сеть связи соответствует заданному соглашению о трафике.


Введение
Разработанный в 1973 стандарт Ethernet сегодня является наиболее популярным среди стандартов ЛВС. По мере расширения сети доступная пользователю полоса сужается за счет того, что канал делится между всеми узлами сети. Существует два способа расширения полосы, доступной каждому пользователю. Технология Fast Ethernet и снижение числа узлов сети, имеющих доступ к разделяемой среде. Процесс снижения числа узлов в сети называется сегментацией и осуществляется за счет деления большой сети на несколько меньших. Поскольку пользователям может требоваться доступ к ресурсам других сегментов, нужен механизм обеспечения такого доступа, обеспечивающий межсегментный обмен с достаточно высокой скоростью. Тип устройств, называемых коммутаторами Ethernet, обеспечивает требуемые возможности.[3]

Принцип работы коммутатора
Рассмотрим принцип работы коммутатора Ethernet на примере локальной сети, приведенной на рисунке 1.

Рисунок 1
Коммутатор Ethernet поддерживает внутреннюю таблицу, связывающую порты с адресами подключенных к ним устройств. Эту таблицу администратор сети может создать самостоятельно или задать ее автоматическое создание средствами коммутатора. Используя таблицу адресов и содержащийся в пакете адрес получателя, коммутатор организует виртуальное соединение порта отправителя с портом получателя и передает пакет через это соединение. На рисунке 1 узел А посылает пакет узлу D. Найдя адрес получателя в своей внутренней таблице, коммутатор передает пакет в порт 4. [1]


Элементная база коммутатора
Изображена на рисунке 2.


Рисунок 2
Функции различных типов памяти:

1. RAM/DRAM
•Используется для хранения таблиц маршрутизации.
•Хранит кэш протокола ARP.
•Содержит быстродействующий кэш.
•Отвечает за буферизацию пакетов (разделяемая оперативная память).
• Обеспечивает хранение пакетов.
•Обеспечивает временную и рабочую память для файлов конфигурации маршрутизатора при включенном питании.

2. NVRAM
• Содержит резервную, или стартовую, копию файла конфигурации.
•При перезагрузке или после выключения данные в этой памяти не стираются.

3. Flash
•Стираемая, перепрограммируемая память.
•Содержит образ операционной системы и микрокод.
•Позволяет обновлять программное обеспечение без извлечения и перемещения чипа на процессоре.
•Содержит данные, которые при перезагрузке или завершении работы маршрутизатора не уничтожаются.
•Несколько версий операционной системы Cisco IOS могут быть сохранены во Flash-памяти

4. ROM
•Содержит код команд самотестирования при включении питания (Power On Self Test POST).
•Содержит программы начальной загрузки и основное программное обеспечение операционной системы.
•Для обновления программного обеспечения в ПЗУ требуется замена подключаемого чипа на системной плате устройства.[2]



Архитектура коммутаторов
В настоящее время в коммутаторах узел обмена строится на основе одной из трех схем:
Коммутационная матрица обеспечивает наиболее простой способ взаимодействия процессоров портов. Однако реализация матрицы возможна только для определенного числа портов, причем сложность схемы возрастает пропорционально квадрату количества портов коммутатора (рисунок 3).

Рисунок 3. Коммутационная матрица
Более детальное представление одного из возможных вариантов реализации коммутационной матрицы для восьми портов дано на рисунке 4. 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 – тега. Для данного примера тег представляет собой просто 3-разрядное двоичное число, соответствующее номеру выходного порта.

Рисунок 4. Реализация коммутационная матрицы 8х8 с помощью двоичных переключателей
Матрица состоит из трех уровней двоичных переключателей, которые соединяют свой вход с одним из двух выходов в зависимости от значения бита тега. Переключатели первого уровня управляются первым битом тега, второго – вторым, а третьего – третьим.
В коммутаторах с общей шиной процессоры портов связывают высокоскоростной шиной, используемой в режиме разделения времени. Пример такой архитектуры приведен на рисунке 5. Чтобы шина не блокировала работу коммутатора, ее производительность должна равняться, по крайней мере, сумме производительностей всех портов коммутатора.

Рисунок 5. Архитектура коммутатора с общей шиной
Шина, так же как и коммутационная матрица, не может осуществлять промежуточную буферизацию, но поскольку данные кадра разбиваются на небольшие ячейки, задержек с начальным ожиданием доступности выходного порта в такой схеме нет – здесь работает принцип коммутации пакетов, а не каналов.
Разделяемая многовходовая память представляет собой третью базовую архитектуру взаимодействия портов. Пример такой архитектуры приведен на рисунке 6.

Рисунок 6. Архитектура коммутаторов с разделяемой памятью

Входные блоки процессоров портов соединяются с переключаемым входом разделяемой памяти, а выходные блоки этих же процессоров – с ее переключаемым выходом. Переключением входа и выхода разделяемой памяти управляет менеджер очередей выходных портов.
Применение общей буферной памяти, гибко распределяемой менеджером между отдельными портами, снижает требования к размеру буферной памяти процессора порта. Однако буферная память должна быть достаточно быстродействующей для поддержания необходимой скорости обмена данными между Nпортами коммутатора.
Комбинированные коммутаторы. У каждой из описанных архитектур есть свои достоинства и недостатки, поэтому часто в сложных коммутаторах эти архитектуры применяются в комбинации друг с другом. Пример такого комбинирования приведен на рисунке 7.
Коммутатор состоит из модулей с фиксированным количеством портов (2-12), выполненных на основе специализированной БИС, реализующей архитектуру коммутационной матрицы. В такой архитектуре передача кадров внутри модуля будет происходить быстрее, чем при межмодульной передаче, так как коммутационная матрица – это наиболее быстрое, хотя и наименее масштабируемое средство взаимодействия портов. Скорость внутренней шины коммутаторов может достигать нескольких гигабит в секунду, а у наиболее мощных моделей – до нескольких десятков гигабит в секунду. [5]


Рисунок 7. Комбинирование архитектур коммутационной матрицы и общей шины
Дополнительные функциональные возможности «умных» коммутаторов
Так как коммутатор представляет собой довольно сложное вычислительное устройство, имеющее несколько процессорных модулей, то, помимо выполнения основной функции передачи кадров с порта на порт по алгоритму моста, в нем реализованы дополнительные функции, полезные при построении современных, расширяемых, надежных и гибких сетей. Большинство современных коммутаторов, независимо от производителя, поддерживают множество дополнительных возможностей, отвечающих общепринятым стандартам. Среди них самые распространенные и наиболее используемые сегодня:
• виртуальные локальные сети (VLAN);
• семейство протоколов Spanning Тrее — IEEE 802.1D, 802.1w, 802.1s;
• статическое и динамическое по протоколу IEEE 802.Заd агрегирование каналов Ethernet;
• сегментация графика;
• обеспечение качества обслуживания QoS;
• функции обеспечения безопасности, включая аутентификацию 802.1Х, функции Рort Security, IР-МАС-Рort Binding и тд.;
• протоколы поддержки Мulticast-вещания;
• SNМР-управление и др. [4]



Заключение
В данном отчете отражена общая информация по коммутаторам, их функциям и применению. Приведена информация о некоторых дополнительных функциях современных «умных» коммутаторов. Эти функции представляют лишь малую часть потенциальных возможностей многоуровневых устройств. С ростом требований приложений и важности управления пропускной способностью они должны стать еще более функциональными.


Литература
1. Коммутаторы Ethernet. Начальные сведения // URL: http://citforum.ru/nets/switche/index.shtml
2. Мемристоры в сетевом оборудовании // URL: http://nano-e.ucoz.ru/publ/press_relizy/memristory_v_setevom_oborudovanii/11-1-0-319
3. Что такое коммутаторы – switch // URL: http://www.qtech.ru/themes/article/switch.htm
4. Сети. Лекция. Умные коммутаторы (2-3 уровней и доп. функциональными возможностями) // URL: http://www.valinfo.ru/forum/index.php?showtopic=2806&st=0
5. Архитектура коммутаторов // URL: http://www.irbis.vegu.ru/repos/10489/HTML/312.htm
Категория: Домашние задания (по сетям МИФИ) | Добавил: Штойко (28.12.2014)
Просмотров: 1188 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Форма входа
Поиск
Друзья сайта