Национальный Исследовательский Ядерный Университет «МИФИ»
Отчет по Домашнему Заданию №1
по курсу “Сети компьютеров”
на тему:
«Использование IP блоков для
элементной базы (ИМС) сетевого
оборудования»
Подготовил студент группы А9-11
Челышев А.О.
Проверил доцент кафедры №27
Лапшинский В.А.
Москва
06.12.2014_v.2.0
Оглавление
Реферат
Список определений, обозначений и сокращений
Введение
Сетевое оборудование
Внутренняя структура и организация коммутатора
Пример структуры и организация коммутатора
Организация коммутатора ES/1
Фильтрация и виртуальные рабочие группы
Коммуникационные модули концентратора ES/1
Заключение
Литература
Реферат
Этот отчет посвящен разработке IP блоков для эле-ментной базы (ИМС) сетевого оборудования. Описаны ос-новные IP блоки, их назначение и характеристики и технологии существующие в данной области.
Число страниц:20
Рисунков: 3
Источников в списке литературы: 3
Ключевые слова: сетевое оборудование, коммутаторы, до-полнительные возможности коммутаторов.
Список определений, обозначений и сокращений
Сетевое оборудование — устройства, необходимые для работы компьютерной сети, напри-мер: маршрутизатор, коммутатор, концентратор, патч-панель и др.
IP-блоки — интеллектуальный продукт для проектирования микросхем (например, построения систем на кристалле).
Локальная вычислительная сеть (ЛВС; англ. Local Area Network, LAN) — компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Отдельная локальная вычислительная сеть может иметь связь с другими локальными сетями через шлюзы, а также быть частью глобальной вычислительной сети (например, Интернет) или иметь подключение к ней.
IEEE 802 разделяет канальный уровень на два подуровня: media access control (MAC) и logical link control (LLC)
LLC — подуровень управления логической связью — по стандарту IEEE 802[1] — верхний подуровень канального уровня модели OSI, осуществляет:
• управление передачей данных;
• обеспечивает проверку и правильность передачи ин-формации по соединению.
MAC выступает в качестве интерфейса между подуровнем LLC и физическим (первым) уровнем.
IEEE — Institute of Electrical and Electronics Engineers («Институт инженеров по электротехнике и электронике»)
Введение
Сетевое оборудование можно разделить на активное и пассивное.
В соответствии с ГОСТ Р 51513-99, активное оборудование — это оборудование, содержащее электронные интегральные микросхемы (ИМС), получающее питание от электрической сети или других источников и выполняющее функции усиления, преобразования сигналов и иные. Это означает способность такого оборудования обрабатывать сигнал по специальным алгоритмам, заложенным в IP-блоках их составляющих. В сетях происходит пакетная передача данных, каждый пакет данных содержит также техническую информацию: сведения о его источнике, цели, целостности информации и другие, позволяющие доставить пакет по назначению[2].
Сетевое оборудование
Активное сетевое оборудование не только улавливает и передает сигнал, но и обрабатывает эту техническую информацию, перенаправляя и распределяя поступающие потоки в соответствии со встроенными в память устройства алгоритмами. Эта «интеллектуальная» особенность, наряду с питанием от сети, является признаком активного оборудования.
В состав активного оборудования включаются следу-ющие типы приборов:
1) Не нуждающиеся в IP-блоках:
• репитер — прибор, как правило, с двумя портами, предназначенный для повторения сигнала с целью увеличения длины сетевого сегмента
• концентратор (активный хаб, многопортовый репи-тер) — прибор с 4-32 портами, применяемый для объединения пользователей в сеть (если концентратор обладает какими-то дополнительными возможностями, то для их реализации могут потребоваться необходимые IP-блоки)
2) Нуждающиеся в IP-блоках:
• сетевой адаптер — плата, которая вставляется в ком-пьютер и обеспечивает его подсоединение к ЛВС
• мост — прибор с 2 портами, обычно используемый для объединения нескольких рабочих групп ЛВС, позволяет осуществлять фильтрацию сетевого трафика, разбирая сетевые (MAC) адреса
• коммутатор (свитч) — прибор с несколькими (4-48) портами, обычно используемый для объединения не-скольких рабочих групп ЛВС (иначе называется мно-гопортовый мост)
• маршрутизатор (роутер) — используется для объеди-нения нескольких рабочих групп ЛВС, позволяет осуществлять фильтрацию сетевого трафика, разбирая сетевые (IP) адреса
• медиаконвертер — прибор, как правило, с двумя портами, обычно используемый для преобразования среды передачи данных (коаксиал-витая пара, витая пара-оптоволокно)
• сетевой трансивер — прибор, как правило, с двумя портами, обычно используемый для преобразования интерфейса передачи данных (RS232-V35, AUI-UTP).
Далее в реферате более подробно рассмотрим устройство коммутаторов и составляющие их IP-блоки.
Внутренняя структура и организация коммутатора
Общий вид структуры устройства представлен на рисунке 1.
Рис. 1 Общая структура системы на кристалле
Для обеспечения надежной работы коммутатора система должна иметь как минимум два процессорных ядра для обеспечения повышенной отказоустойчивости для того, чтобы в случае проблем в работе одного из них второе ядро могло взять на себя все функции устройства. Также для повышения отказоустойчивости необходимо дублирование памятей.
Пример структуры системы на кристалле приведен на рисунке 2.
Рис. 2 Структура системы на кристалле
Структурную схему разбивают на отдельные IP-блоки, которые будут выполнять каждый свои функции. Для современных устройств основная часть блоков имеется уже в готовом виде, и их можно купить, что потребует не малых экономических затрат, но позволит сильно с экономить время на разработку устройства, что позволит вывести устройство на рынок быстрой, и тем самым обеспечить его конкурентно способность. Разработка собственных IP-блоков занимает очень много времени, что сильно затягивает разработку, но позволяет создать устройства, обладающие новыми функциями или имеющие выигрыш по быстродействию, энергопотреблению или другим параметрам. Схема разделения системы на кристалле на отдельные IP блоки представлена на рисунке 3.
Рис. 3 Схема разделения системы на кристалле на отдельные IP блоки
Пример структуры и организация коммутатора
Коммутатор EliteSwitch ES/1 является эффективный инструмент для создания внутренней магистрали сети сред-них размеров. Коммутатор ES/1 сочетает в себе функции высокопроизводительного коммутатора технологий Ethernet/Token Ring/FDDI и локального маршрутизатора, позволяющего создавать виртуальные сети IP и IPX на основе виртуальных коммутируемых рабочих групп. Таким образом, в одном устройстве объединены функции switching и internetworking, необходимые для построения на базе внутренней скоростной шины структурированной локальной сети. Коммутатор поддерживает и глобальные связи с топологией "точка-точка" по линиям T1/E1, позволяя связывать несколько локальных сетей, построенных на его основе, друг с другом.
Коммутатор ES/1 работает по технологии коммутации с буферизацией, что позволяет ему транслировать протоколы канального уровня, осуществлять пользовательскую фильтрацию, сбор статистики и локальную маршрутизацию.
Организация коммутатора ES/1
Модульный концентратор ES/1 компании SMC (рису-нок 3) представляет собой устройство в виде корпуса-шасси с задней коммуникационной платой, на которой выполнена внутренняя высокопроизводительная шина. Блок обработки пакетов (Packet Processing Engine) включает в себя два процессорных модуля, оснащенных высокопроизводительными RISC-процессорами AMD. Один из процессоров предназначен для передачи пакетов (то есть выполняет функции коммутации), а другой осуществляет администрирование - фильтрацию на портах концентратора в соответствии с масками, введенными администратором, и управляет всей логикой работы концентратора. Оба процессора имеют доступ к общей памяти.
Как уже отмечалось, модуль обработки пакетов коммутатора ES/1 построен на сдвоенной процессорной архитектуре, причем каждый из процессоров отвечает за свои функции. Однако в случае отказа одного из них второй процессор возьмет на себя все функции первого. При этом коммутатор в целом продолжит нормальную работу, может только несколько снизиться его производительность.
Адресная таблица концентратора позволяет сохранять до 8192 МАС-адресов.
Программное обеспечение, управляющее работой концентратора ES/1, дублируется в двух банках Flash-памяти. Во-первых, это позволяет производить upgrade новых версий программного обеспечения без прекращения выполнения концентратором своих основных функций по коммутации пакетов, а во-вторых, сбой при загрузке нового ПО из банка Flash-памяти не приведет к отказу концентратора, поскольку ПО из первого банка памяти останется в рабочем состоянии, и концентратор автоматически перезагрузит его.
В слоты концентратора вставляются сетевые коммуникационные модули, при этом реализована технология автоматической самоконфигурации plug-and-play. Каждый модуль оснащен собственным RISC-процессором, который преобразует приходящие пакеты в протокольно-независимый вид (это означает, что сохраняются только блок данных, адреса приемника и источника, а также информация о сетевом протоколе) и передает их далее по внутренней шине в блок обработки пакетов.
Отказоустойчивость работы модулей обеспечивается наличием в каждом из них специального сенсора, посылаю-щего предупреждение на консоль оператора при приближении температуры к критической отметке. Это может произойти, например, по причине запыления воздушных фильтров. Если температура продолжает повышаться и превышает второе пороговое значение, модуль автоматически отключается от питания для предотвращения выхода из строя элементной базы. При снижении температуры модуль автоматически продолжит работу.
Важной особенностью концентратора ES/1 является встроенная система защиты от "штормов" широковещательных пакетов (broadcast storm). Программное обеспечение концентратора ES/1 позволяет установить предельную частоту прихода таких пакетов на каждый порт концентратора, в случае превышения которой широковещательные пакеты перестают передаваться в другие сегменты сети, что сохраняет их работоспособность.
Фильтрация и виртуальные рабочие группы
С помощью механизма маскирования портов админи-стратор может создавать виртуальные рабочие группы с целью защиты от несанкционированного доступа и повышения производительности ЛВС путем перераспределения информационных потоков. Фильтрацию можно включать на входящие и/или выходящие пакеты, по MAC-адресу или по всему сегменту и так далее. Всего маска может содержать до 20-ти условий, объединенных булевыми операндами "AND" и "OR". Понятно, что каждый пакет, приходящий на порт коммутатора, должен быть дополнительно проверен на соответствие условиям фильтрации, что требует дополнительных вычислительных ресурсов и может привести к снижению производительности. То, что в ES/1 один из двух процессоров выделен для проверки условий фильтрации, обеспечивает сохранение высокой производительности коммутатора при введенных администратором масках.
Наряду с отказами оборудования, ошибки обслуживающего персонала могут нарушить корректную работу ЛВС. Поэтому особо отметим еще один интересный режим виртуальной фильтрации коммутатора ES/1. В этом режиме фильтрация физически не включается, однако ведется набор статистики пакетов, удовлетворяющих условиям фильтрации. Это дает возможность администратору ЛВС заранее прогнозировать свои действия перед физическим включением фильтров.
Коммуникационные модули концентратора ES/1
ES/1 поддерживает до пяти модулей. Можно выбрать любую комбинацию модулей для Ethernet, Token Ring и FDDI, а также для высокоскоростных линий T1/E1 и T3/E3. Все модули, включая источники питания, могут заменяться без отключения от сети и выключения питания центрального устройства. Каждый модуль поддерживает набор конфигурируемых параметров для улучшения управляемости и собирает статистику.
QEIOM (Quad Ethernet I/O Module)
К этому модулю можно подключить до четырех неза-висимых сегментов Ethernet. Каждый сегмент может передавать и получать информацию с обычной для Ethernet производительностью 14880 пакетов в секунду. ES/1 обеспечивает связь между этими четырьмя сегментами по типу мостов и маршрутизаторов, а также и со всей остальной сетью. Эти модули поставляются с различными типами разъемов: AUI, BNC, RJ-45 (витая пара) и ST (оптоволоконный кабель).
QTIOM (Token Ring I/O Module)
Через модуль QTIOM подключается до четырех 4 или 16 Mб/c сетей Token Ring. Модуль поддерживает все основные протоколы сети Token Ring - IBM Source Routing, Transparent Bridging и Source Routing Transparent - и обеспечивает "прозрачное" взаимодействие сетей Token Ring с сетями остальных типов, например Ethernet или FDDI. Модуль поставляется в вариантах для экранированной и неэкранированной витой пары.
IFIOM (Intelligent Dual-Attached FDDI I/O Module)
Модуль IFIOM подключает волоконно-оптический сегмент сети FDDI к ES/1 и обеспечивает прозрачное взаи-модействие между разными типами сетей. Он поддерживает все функции FDDI-станции с двойным подключением к кольцу (Dual Attached Station). Этот модуль также поддерживает внешний оптический переключатель (Optical Bypass Switch), что обеспечивает повышенную отказоустойчивость сети при аварийном отключении ES/1. Поставляется в различных модификациях: для одномодового и многомодового волокна и в их комбинациях.
CEIOM24 (24-Port Concentrator Ethernet I/O Module)
Этот модуль включает в себя 24-портовый концентратор Ethernet на витой паре. Он увеличивает производительность сети при стоимости, меньшей, чем стоимость аналогичного внешнего устройства. Его порты сгруппированы в единый независимый сегмент Ethernet и взаимодействуют с другими модулями через коммутатор/маршрутизатор ES/1.
HIOM (High-Speed Serial Interface I/O Module)
HIOM позволяет осуществить подключение сетей к удаленным ЛВС по высокоскоростным линиям связи по протоколу HSSI со скоростью до 52 Мб/с. Поддерживается протокол PPP[3].
Заключение
В этом отчете рассмотрена основная элементная база сетевого оборудования. Более подробно рассмотрены функции коммутаторов в сетевом оборудовании, возможные варианты дополнительных функций которые могу поддерживать коммутаторы и вариант внутренней структуры и дополнительных функциональных блоков коммутаторов.
Литература
1. ГОСТ 51513-99 c.4
2. Стандарт IEEE 802:
http://standards.ieee.org/about/get/802/802.html
3. Коммутатор EliteSwitch ES/1: http://www.oszone.net/1895/ |
