Tehnologia de comutare a segmentelor Ethernet a fost introdusă de Kalpana în 1990 ca răspuns la nevoia tot mai mare de a crește lățimea de bandă a conexiunilor de server de înaltă performanță la segmentele stațiilor de lucru.
Schema bloc a comutatorului EtherSwitch propus de Kalpana este prezentată în Figura 2.18.
Orez. 2.18 Structura Kalpona EtherSwitch
Fiecare dintre cele 8 porturi 10Base-T este deservit de un procesor de pachete Ethernet - EPP (Ethernet Packet Processor). În plus, comutatorul are un modul de sistem care coordonează funcționarea tuturor procesoarelor EPP. Modulul de sistem menține un tabel de adrese comun al comutatorului și asigură controlul comutatorului prin protocol SNMP. O matrice de comutare este utilizată pentru a transfera cadre între porturi. asemănătoare celor, care rulează în comutatoare telefonice sau computere multiprocesor prin conectarea mai multor procesoare la mai multe module de memorie.
Matricea de comutare funcționează pe principiul comutării circuitelor. Pentru 8 porturi, matricea poate furniza 8 canale interne simultane în modul half-duplex de funcționare a porturilor și 16 în modul full-duplex, când emițătorul și receptorul fiecărui port funcționează independent unul de celălalt.
Când un cadru ajunge la orice port, procesorul EPP tamponează primii câțiva octeți ai cadrului pentru a citi adresa de destinație. După primirea adresei de destinație, procesorul decide imediat să transfere pachetul, fără a aștepta sosirea octeților rămași ai cadrului. Pentru a face acest lucru, caută prin propriul său cache tabel de adrese și, dacă nu îl găsește acolo adresa dorită, se referă la modulul de sistem, care funcționează în modul multitasking, deservind simultan cererile de la toate procesoarele EPP. Modulul de sistem scanează tabelul general de adrese și returnează șirul găsit procesorului, pe care îl memorează în memoria cache pentru o utilizare ulterioară.
După ce a găsit adresa de destinație, procesorul EPP știe ce să facă în continuare cu cadrul de intrare (în timpul căutării tabelului de adrese, procesorul a continuat să tamponeze octeții cadrului care sosesc la port). Dacă un cadru trebuie să fie filtrat, procesorul pur și simplu oprește scrierea octeților de cadru în buffer, șterge tamponul și așteaptă sosirea unui nou cadru.
Dacă cadrul trebuie să fie transferat într-un alt port, atunci procesorul accesează matricea de comutare și încearcă să stabilească o cale în ea care să-și conecteze portul cu portul prin care trece ruta către adresa de destinație. Fabrica de comutare poate face acest lucru numai dacă portul de destinație este în prezent liber, adică nu este conectat la alt port.
Dacă portul este ocupat, atunci, ca în orice dispozitiv cu comutare de circuite, matricea din conexiune refuză. În acest caz, cadrul este complet tamponat de procesorul portului de intrare, după care procesorul așteaptă ca portul de ieșire să fie eliberat și matricea de comutare să formeze calea dorită.
După imediat este setat, octeții de cadru tamponați îi sunt trimiși și primiți de procesorul portului de ieșire. De îndată ce procesorul portului de ieșire obține acces la segmentul Ethernet conectat la acesta folosind algoritmul CSMA / CD, octeții de cadru încep imediat să fie transmisi în rețea. Procesorul portului de intrare stochează permanent câțiva octeți dintr-un cadru recepționat în buffer-ul său, permițându-i să primească și să transmită în mod independent și asincron octeți de cadru.
Cu starea portului de ieșire liberă în momentul recepționării cadrului, întârzierea dintre recepția primului octet al cadrului de către comutator și apariția aceluiași octet la ieșirea portului de destinație a fost de numai 40 µs pt. comutatorul Kalpana, care a fost mult mai mic decât întârzierea cadrului atunci când a fost transmis de punte.
Metoda descrisă de transmisie a cadrelor fără tamponarea sa completă se numește comutare „în zbor” sau „decupare”. Această metodă reprezintă, de fapt, procesarea în conductă a unui cadru, când mai multe etape ale transmiterii acestuia sunt parțial combinate în timp.
1. Recepția primilor octeți ai cadrului de către procesorul portului de intrare, inclusiv recepția octeților adresei de destinație.
2. Căutați adresa de destinație în tabelul de adrese al comutatorului (în memoria cache a procesorului sau în tabelul general al modulului de sistem).
3. Comutarea matricei.
4. Recepția octeților rămași ai cadrului de către procesorul portului de intrare.
5. Recepție octeți ai cadrului (inclusiv primii) de către procesorul portului de ieșire prin matricea de comutare.
6. Obținerea accesului la mediu de către procesorul portului de ieșire.
7. Transferați octeți ai cadrului de către procesorul portului de ieșire în rețea.
Etapele 2 și 3 nu pot fi combinate în timp, deoarece fără a cunoaște numărul portului de ieșire, operația de comutare a matricei nu are sens.
dar Motivul principalîmbunătățirea performanței rețelei atunci când se utilizează un comutator este paralel procesarea mai multor cadre.
Acest efect este ilustrat în Figura 2.19. Figura arată o situație ideală în ceea ce privește îmbunătățirea performanței, atunci când patru din opt porturi transmit date la o viteză maximă pentru protocolul Ethernet de 10 Mb/s și transmit aceste date către celelalte patru porturi ale switch-ului fără a intra în conflict - fluxurile de date între nodurile de rețea sunt distribuite astfel încât fiecare port care primește cadre să aibă propriul său port de ieșire. Dacă comutatorul reușește să proceseze traficul de intrare chiar și la intensitatea maximă a cadrelor care sosesc la porturile de intrare, atunci performanța generală a comutatorului din exemplul de mai sus va fi 4x10 = 40 Mbps, iar la generalizarea exemplului pentru N porturi - (N / 2)xl0 Mbps.
Fig. 2.19.Transmiterea paralelă a cadrelor prin comutator
Utilizarea pe scară largă a comutatoarelor, desigur, a fost facilitată de faptul că introducerea tehnologiei de comutare nu a necesitat înlocuirea echipamentelor instalate în rețele - adaptoare de rețea, hub-uri, sisteme de cabluri.
Deoarece comutatoarele și punțile sunt transparente pentru protocoalele de nivel de rețea, apariția lor în rețea nu a avut niciun efect asupra routerelor rețelei, dacă există.
Proiectarea comutatoarelor
Din punct de vedere structural, comutatoarele sunt împărțite în următoarele tipuri:
Ø comutatoare autonome cu numar fix de porturi;
Ø comutatoare modulare bazate pe sasiu;
Ø Comutatoare stivuibile cu un număr fix de porturi.
Primul tip de comutatoare este de obicei conceput pentru organizarea de grupuri mici de lucru.
Comutatoarele modulare bazate pe șasiu sunt cel mai adesea proiectate pentru aplicații de coloană vertebrală a rețelei. Prin urmare, ele sunt realizate pe baza unei scheme combinate în care interacțiunea modulelor este organizată pe o magistrală de mare viteză sau pe o memorie partajată rapidă de dimensiuni mari. Modulele unui astfel de comutator se bazează pe tehnologia „hot swap”, adică omit înlocuirea din mers, fără a opri comutatorul, deoarece dispozitivul central de comunicare al rețelei nu ar trebui să aibă întreruperi în funcționare. Șasiul este de obicei prevăzut cu surse de alimentare redundante și ventilatoare redundante în același scop.
Din punct de vedere tehnic, comutatoarele stivei prezintă un interes deosebit. Aceste dispozitive sunt întrerupătoare care pot funcționa autonom, deoarece sunt realizate într-o carcasă separată, dar au interfețe speciale care le permit să fie combinate în sistem comun funcționând ca un singur comutator. În acest caz, se spune că comutatoarele individuale formează o stivă. Structura stivei de comutatoare conectate prin porturi speciale de mare viteză este prezentată în Figura 2.20.
Fig.2.20.Stiva de comutatoare conectate prin canale de mare viteză
Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Foloseste formularul de mai jos
Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.
Documente similare
Creare retele de calculatoare prin intermediul echipamente de retea si deosebita software. Numirea tuturor tipurilor de rețele de calculatoare. Evoluția rețelelor. Diferențele dintre rețelele locale și rețelele globale. Tendința către convergența rețelelor locale și globale.
prezentare, adaugat 05.04.2012
Modalități de schimbare a computerelor. Clasificarea, structura, tipurile și principiul construirii rețelelor locale de calculatoare. Alegerea sistemului de cabluri. Caracteristici ale internetului și ale altor rețele globale. Descrierea principalelor protocoale de schimb de date și a caracteristicilor acestora.
teză, adăugată 16.06.2015
Transferul de informații între computere. Analiza modalităților și mijloacelor de schimb de informații. Tipuri și structura rețelelor locale. Studiul ordinii de conectare a calculatoarelor în rețea și apariția acesteia. Cabluri pentru transmiterea informatiilor. Protocoale de rețea și pachete.
rezumat, adăugat 22.12.2014
Conceptul și structura rețelelor de calculatoare, clasificarea și varietatea acestora. Tehnologii folosite pentru a construi rețele locale. Securitate LAN cu fir. Rețele locale fără fir, proprietățile lor caracteristice și dispozitivele utilizate.
lucrare de termen, adăugată 01/01/2011
Caracteristici, diferențe, topologia și funcționarea rețelelor locale de calculatoare. Software pentru rețele de informare și de calcul. Protocoale de bază de transfer de date, instalarea și configurarea acestora. Autentificare și autorizare; Sistemul Kerberos.
lucrare de termen, adăugată 20.07.2015
Informatii generale despre rețelele globale cu comutare de pachete, construcția și capacitățile rețelelor, principiul comutării de pachete folosind tehnologia canale virtuale. Caracteristicile și capacitățile switch-urilor de rețea, protocoalele canalului și straturile de rețea.
lucrare de termen, adăugată 26.08.2010
Rețele de calculatoare și clasificarea lor. Hardware-ul rețelelor de calculatoare și topologia rețelelor locale. Tehnologii și protocoale ale rețelelor de calculatoare. Adresarea calculatoarelor din rețea și de bază protocoale de rețea. Avantajele utilizării tehnologiilor de rețea.
lucrare de termen, adăugată 22.04.2012
Tutorial:
A patra editie
Moscova, 2006
Comutatoare LAN D-Link
INTRODUCERE SCURTĂ PREZENTARE A PRINCIPIILOR REȚELEI | |
DESIGN ............................... | |
EVOLUȚIA REȚELELOR LOCALE: DE LA MEDIU DE TRANSMISIE COMUNITĂ LA COMUTATĂ.... | |
Componentele unui model de rețea comutată................................................ | |
LA COMUTĂTORI LAN... | |
Operarea comutatoarelor LAN.................................................. | |
................................... | |
Metode de comutare............................... | |
Tehnologii de comutare și modelul OSI........... | |
Implementarea tehnologică a comutatoarelor | |
Comutator Comutatoare Fabric ........................................... | |
Comutatoare de memorie partajată....... | |
Comutatoare comune de magistrală... | |
Proiectarea comutatoarelor...... | |
Tehnologia xStack™.............. | |
stiva virtuală. Tehnologia Single IP Management™ ..................................... | |
X CARACTERISTICI CARE AFECTEAZĂ PERFORMANȚA COMUTATORILOR ........................................... .... | |
Viteza de filtrare și viteza de promovare...................................................... | |
Dimensiunea tabelului de adrese................. | |
Dimensiunea cadru tampon............ | |
P SOFTWARE SWITCH..... | |
Instrumente și software de gestionare a rețelei ............................................. ..... | |
O PRINCIPII GENERALE ALE PROIECTULUI DE REȚEA........................................................................................ | |
Model de rețea ierarhică pe trei niveluri.............................................................. | |
Nivelul kernelului ...................... | |
Nivel de distribuție................................................................................................... | |
Nivel de acces ............. | |
PRODUSE D-L INK ........... | |
Comutatoare de nivel de acces........................................................................................... | |
Comutatoare de nivel de distribuție............................................................................ | |
Comutatoare de bază.................................................................................................. | |
INSTALARE COMUTATOR................................................................................................ | |
ÎNȚELEGEREA COMUTATORILOR NEGESTIONATE, GESTIONATE ȘI PERSONALIZATE................................... | |
P CONECTAREA LA UN COMUTATOR..................................................................................................... | |
P CONECTAREA LA CONSOLA LOCALĂ A COMUTĂTORULUI............................................................. | |
H CONFIGURARE INIȚIALĂ A COMUTATORULUI.................................................................................. | |
Apelarea ajutorului prin comandă.............................................................................................. | |
Configurație de bază a comutatorului............................................................................. | |
Conectarea la interfața de gestionare web Switch .............................. | |
CARACTERISTICI SUPLIMENTARE DE COMUTATOR.................................................. | |
V LAN IRTUAL VLAN ................................................. ............................................... | |
Tipuri de VLAN ................................................ .. ................................................ ................................. | |
VLAN-uri bazate pe porturi......................................................................................................... | |
Comutatoare LAN D-Link |
|
VLAN bazat pe adrese MAC ................................................ ............................................................. ... | |
VLAN bazat pe etichetă - Standard IEEE 802.1Q......................................................... | |
Definiții IEEE 802.1Q.............................................................................................. | |
Redirecționarea pachetelor VLAN 802.1Q.......................................................................... | |
Etichete VLAN IEEE 802.1Q ................................................ .. ................................................ ...... | |
ID VLAN portului ................................................. ................................................. . ........................ | |
Etichetat și neetichetat ............................................................. ........................................................ ....... ............ | |
Filtrarea traficului de intrare................................................................................. | |
Crearea unui VLAN folosind comenzile CLI....................................................................... | |
VLAN-uri asimetrice............................................................................................................ | |
Exemplul 1: Configurarea VLAN-urilor asimetrice în cadrul aceluiași |
|
intrerupator ................................................. ................................................. . ...................... | |
Exemplul 2: Configurarea VLAN-urilor asimetrice pe două autonome |
|
comutatoare ................................................. ................................................. . .............. | |
DESPRE COMBINAREA PORTURILOR ȘI CREAREA FONDURILOR REȚELEI DE MARE VITEZĂ............. | |
Crearea unui canal de agregare utilizând comenzi CLI ........................................... ....... | |
Exemplul 1: agregarea legăturilor statice ............. | |
Exemplul 2: Creați un grup de linkuri de canal conform |
|
IEEE 802.3ad................................................................................................ | |
P ROTOCOL T REE S PANNING (IEEE 802.1 D ) ....................................... ...................................................... | |
Conceptul de bucle ............................................................. .... ................................................. ... ...................... | |
difuza furtuna......................................................................................... | |
Copii multiple ale cadrelor..................................................................................... | |
Mai multe bucle...................................................................................................... | |
Exemplu STP ................................................. .............................................................. ............................. | |
Protocol Rapid Spanning Tree (IEEE 802.1w)............................................................... | |
Convergență IEEE 802.1w................................................................................................. | |
Succesiunea ofertelor/acordurilor.................................................. | |
Mecanismul de schimbare a topologiei.................................................................................. | |
Conform IEEE 802.1d/IEEE 802.1w.............................................................. | |
Diametrul maxim al rețelei....................................................................................... | |
Comparație între STP 802.1d și RSTP 802.1w .......................................... | |
Configurarea STP utilizând comenzile CLI................................................. | |
CALITATEA SERVICIILOR (QOS) ............................................. ................................................... .. ............. | |
Procesare prioritară a cadrelor (IEEE 802.1p)..................................................... | |
Configurarea procesării cu prioritate a cadrelor folosind CLI..... | |
Controlul lățimii de bandă...................................................................................... | |
Configurarea lățimii de bandă utilizând comenzile CLI............... | |
O RESTRICȚIA ACCESULUI LA REȚEA.................................................................................................... | |
Tabelul de filtrare pentru securitatea portului și comutatorul................................................ | |
Configurarea securității porturilor utilizând CLI................................................................. | |
CU EGMENTAREA TRAFICULUI................................................................................................................. | |
Configurarea segmentării traficului utilizând CLI ............................... | |
PROTOCOL IEEE 802.1 X ............................................. . ................................................. ............... | |
Rolurile dispozitivului ................................................. .................................................. ............... ................... | |
Comutați starea portului..................................................................................... | |
Restricții de autentificare IEEE 802.1x......................................................... | |
Configurarea IEEE 802.1x folosind CLI................................................ | |
LISTELE DE CONTROL A ACCES (ACL) .................................. ..... ............................................... ...... .... | |
Accesați algoritmul de creare a profilului......................................................................... | |
Comutatoare LAN D-Link |
|
Crearea profilurilor de acces (folosind interfața web) .................................. | |
Configurarea listelor de control al accesului (ACL-uri) utilizând CLI.............................. | |
Exemple de profil de acces........................................................................................ | |
adrese MAC corespondență de grup................................................................................. | |
Abonament de grup și întreținere.................................................................................. | |
Protocolul IGMP v1 ................................................. ................................................. . ........... | |
Protocolul IGMP v2 ................................................. ................................................. . ........... | |
Configurarea IGMPsnooping folosind CLI ......................................... | |
LITERATURA: ................................................. .. ................................................ . ............................... | |
ANEXA A. SINTAXA COMANDEI..................................................................... | |
ANEXA B. GLOSAR.......................................................................................... | |
Comutatoare LAN D-Link
INTRODUCERE O scurtă prezentare a principiilor de proiectare a rețelei
Evoluția rețelelor locale: de la partajat la comutat
Acum zece ani, pentru a crea rețele de campus, dezvoltatorii au avut cantitate limitata hardware. Hub-urile au fost instalate în sălile de servere, în timp ce routerele au fost folosite în centrele de date și în coloana vertebrală a rețelei. Puterea în creștere a procesoarelor stațiilor de lucru, apariția aplicatii multimedia iar aplicațiile client-server au cerut mai multă lățime de bandă decât ar putea oferi o rețea media tradițională partajată. Aceste cerințe i-au determinat pe proiectanți să înlocuiască hub-urile instalate în compartimentele de cablare cu comutatoare.
Figura 1 Evoluția LAN
Această strategie a protejat investițiile în cablare și a crescut performanța rețelei, oferind fiecărui utilizator o lățime de bandă dedicată.
Apariția unor tehnologii precum comutarea Layer 3, VLAN-urile și multe altele au făcut construirea rețelelor de campus mai complexă decât oricând.
Majoritatea designerilor de rețea au început să integreze dispozitive de comutare în rețele media partajate pentru a atinge următoarele obiective:
Creșterea lățimii de bandă disponibilă pentru fiecare utilizator de rețea, reducând în același timp congestionarea în rețelele de lățime de bandă partajată.
Creați local virtual VLAN-uri(Virtual area locala Network) prin organizarea utilizatorilor în grupuri logice,
Comutatoare LAN D-Link
independent de topologia fizică pentru a reduce costurile de mutare, adăugare și modificare și pentru a crește flexibilitatea rețelei.
Implementarea de noi aplicații multimedia pe comutatoare diverse platformeși tehnologii, făcându-le disponibile pentru diferiți utilizatori.
Oferă o tranziție ușoară către noile tehnologii de mare viteză, cum ar fi Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.
În anii 1990, rețelele tradiționale de campus au apărut ca un singur LAN rețea de calculatoareși au crescut până când a fost necesară segmentarea pentru a le menține funcționalitatea. Segmentarea a făcut posibilă împărțirea utilizatorilor rețelei în mai multe grupuri (segmente) în funcție de locația lor fizică, reducând numărul de clienți care concurează pentru lățimea de bandă în fiecare dintre aceștia. Segmentele rețelei locale au fost combinate folosind dispozitive gateway care transmiteau trafic inter-segmente și blocau restul.
Comutatoarele LAN au fost proiectate având în vedere această tendință. Ei folosesc microsegmentare, care vă permite să creați segmente LAN private sau dedicate - o stație de lucru pe segment (nu un segment este conectat la portul switch-ului, ci numai stație de lucru). În acest caz, fiecare stație de lucru are acces la întreaga lățime de bandă simultan și nu trebuie să concureze cu alte stații.
Comutatoarele se unesc diverse segmente rețeaua locală și efectuați control inteligent trafic. În plus, comutatoarele oferă de obicei servicii non-blocante, care permit transmiterea simultană a traficului de la toate porturile dispozitivului.
Tehnologia de comutare a devenit rapid soluția preferată pentru creșterea flexibilității gestionării traficului LAN din următoarele motive:
V Spre deosebire de hub-uri și repetoare, comutatoarele permit transmiterea simultană a mai multor fluxuri de date.
Prin micro-segmentare, comutatoarele acceptă viteze mari de transmisie și au capacitatea de a oferi lățime de bandă dedicată pentru aplicațiile sensibile la latență.
Switch-urile oferă utilizatorilor lățime de bandă dedicată.
Componentele unui model de rețea comutată.
O rețea comutată constă din următoarele componente principale:
comutatoare LAN;
Software de comutare;
Instrumente de management al rețelei.
D-Link oferă designerilor de rețea Set complet instrumente pentru a crea și gestiona o rețea comutată scalabilă și fiabilă.
Comutatoare LAN D-Link
Comutatoare LAN
Prima componentă a modelului de interconectare comutată este comutatoarele LAN.
Operarea comutatoarelor LAN
Comutatoarele sunt dispozitive strat de legătură, care vă permit să conectați mai multe segmente fizice ale rețelei locale într-una singură retea mare. Comutarea rețelei locale asigură interacțiunea dispozitivelor din rețea pe o linie dedicată fără apariția coliziunilor, cu transmiterea paralelă a mai multor fluxuri de date.
Switch-urile LAN procesează cadre pe baza algoritmului de punte transparentă IEEE 802.1, care este utilizat în principal în rețelele Ethernet. Când comutatorul este pornit, acesta începe să învețe locația stațiilor de lucru ale tuturor rețelelor atașate la acesta, analizând adresele MAC ale surselor de cadre de intrare. De exemplu, dacă un cadru ajunge pe portul 1 al comutatorului de la nodul 1, atunci își amintește numărul portului la care a ajuns acest cadru și adaugă aceste informații la masa de comutare(baza de date de redirecționare). Adresele sunt învățate dinamic. Aceasta înseamnă că, de îndată ce o nouă adresă este citită, aceasta va fi imediat introdusă în memoria de conținut adresabil (CAM). De fiecare dată când o adresă este introdusă în tabelul de comutare, i se atribuie un marcaj de timp. Acest lucru permite ca adresele să fie stocate în tabel pentru o anumită perioadă de timp. De fiecare dată când această adresă este contactată, primește un nou marcaj temporal. Adresele nu au fost contactate pentru mult timp, sunt scoase de pe masă.
Figura 2 Construirea unui tabel de comutare
Comutatoare LAN D-Link
Comutatorul folosește un tabel de comutare pentru a redirecționa traficul. Când un pachet de date ajunge la unul dintre porturile sale, extrage informații despre adresa MAC a receptorului din el și caută această adresă MAC în tabelul său de comutare. Dacă există o intrare în tabel care asociază adresa MAC a receptorului cu unul dintre porturile switch-ului, cu excepția celui pe care a ajuns cadrul, atunci cadrul este transmis prin acest port. Dacă nu există o astfel de asociere, cadrul este transmis prin toate porturile, cu excepția celui pe care a ajuns. Se numeste distribuția avalanșelor (inundare).
Broadcast și multicast sunt, de asemenea, efectuate prin inundații. Aceasta este una dintre problemele care limitează utilizarea comutatoarelor. Prezența comutatoarelor în rețea nu împiedică propagarea cadrelor de difuzare (difuzare) pe toate segmentele rețelei, păstrând în același timp transparența acesteia. În cazul în care, ca urmare a oricăror defecțiuni software sau hardware, protocolul de nivel superior sau adaptor de retea va începe să funcționeze incorect și va genera în mod constant cadre de difuzare, comutatorul în acest caz va transmite cadre către toate segmentele, inundând rețeaua cu trafic eronat.
O astfel de situație se numește difuza furtuna.
Switch-urile izolează în mod fiabil traficul între segmente, reducând astfel traficul segmentelor individuale. Acest proces se numește filtrareși se realizează în cazurile în care adresele MAC sursă și destinație aparțin aceluiași segment. De obicei, filtrarea crește capacitatea de răspuns a rețelei așa cum este percepută de utilizator.
Funcționare full duplex și half duplex a comutatorului
Comutatoarele LAN acceptă două moduri de funcționare:
modul half duplex și modul full duplex.
Mod semiduplex este un mod în care un singur dispozitiv poate transmite date la un moment dat într-un domeniu de coliziune1.
modul duplex este un mod de operare care asigură simultan transmisie în două sensuri date între stația emițătoare și stația receptoră pe MAC - substratul. Când funcționează în modul duplex, există o creștere a numărului de conexiuni între dispozitivele din rețea. informatii transmise. Acest lucru se datorează faptului că transmisia duplex nu provoacă coliziuni în mediul de transmisie, nu necesită programarea retransmisiilor și adăugarea de biți de extensie la sfârșitul cadrelor scurte. Rezultatul nu este doar creșterea timpului disponibil pentru transmisia datelor, ci și dublează lățimea de bandă utilă a canalului, deoarece fiecare canal oferă transmisie simultană în două sensuri la viteză maximă2.
1 Un domeniu de coliziune este o parte Rețele Ethernet, ale căror toate nodurile recunosc coliziunea, indiferent în ce parte a rețelei a avut loc această coliziune.
2 Funcționarea duplex este susținută de comutatoare și aproape toate adaptoarele moderne. Hub-urile nu acceptă acest mod.
Comutatoare LAN D-Link
Controlul fluxului IEEE 802.3x Full Duplex
Operarea duplex necesită a functie suplimentara precum controlul fluxului. Permite gazdei care primește (de exemplu, un port pe un comutator de rețea) să instruiască gazda sursă (de exemplu, un server de fișiere) să oprească transmiterea de cadre pentru o perioadă scurtă de timp în cazul unui depășire. Controlul este efectuat între straturile MAC folosind un cadru de pauză, care este generat automat de stratul MAC de recepție. Dacă depășirea este ștearsă înainte de expirarea perioadei de expirare, atunci este trimis un al doilea cadru de pauză cu o valoare de timeout de zero pentru a restabili transmisia (vezi Figura 3).
Figura 3 Secvența de control al fluxului IEEE 802.3x
Funcționarea duplex și controlul fluxului însoțitor sunt moduri suplimentare pentru toate straturile Ethernet MAC, indiferent de viteza de transmisie. Cadrele de pauză sunt identificate ca cadre MAC de control prin valori individuale (rezervate) ale câmpului lungime/tip. De asemenea, li se atribuie o valoare de adresă de destinație rezervată pentru a preveni transmiterea cadrului de pauză de intrare către protocoale niveluri superioare sau alte porturi de pe comutator.
Metode de comutare
Comutatoarele LAN pot implementa diferite metode de transfer de cadre.
Când comutați cu stocare intermediară (stocare și redirecționare) -
comutatorul copiază întregul cadru primit într-un buffer și îl verifică pentru erori. Dacă cadrul conține erori (suma de control nu se potrivește sau cadrul are mai puțin de 64 de octeți sau mai mult de 1518 de octeți), atunci acesta este eliminat. Dacă cadrul nu conține erori, atunci comutatorul caută adresa de destinație în tabelul său de comutare și determină interfața de ieșire. Apoi, dacă nu sunt definite filtre, trimite acel cadru la receptor.
Această metodă de transmisie este asociată cu întârzieri - cu cât dimensiunea cadrului este mai mare, cu atât este nevoie de mai mult timp pentru a-l primi și a verifica dacă există erori.
Comutatoare LAN D-Link
Comutare fără tamponare (cut-through) – comutatorul LAN copiază numai adresa receptorului (primii 6 octeți după prefix) în buffer-urile interne și începe imediat să transmită cadrul fără a aștepta recepția completă a acestuia. Acest mod reduce latența, dar nu efectuează verificarea erorilor. Există două forme de comutare fără tampon:
Comutarea cu transmisie rapidă(comutare rapidă înainte) – Această formă de comutare oferă o latență scăzută, deoarece un cadru este transmis imediat de îndată ce adresa de destinație este citită. Cadrul transmis poate conține erori. În acest caz, NIC-ul căruia este destinat cadrul îl va renunța, determinând ca cadrul să fie retransmis.
Comutare fără fragmente -
comutatorul filtrează cadrele de coliziune înainte ca acestea să fie transmise. Într-o rețea care funcționează corect, poate apărea o coliziune în timpul transmiterii primilor 64 de octeți. Prin urmare, toate cadrele cu o lungime mai mare de 64 de octeți sunt considerate valide. Această metodă de comutare așteaptă până când cadrul primit este verificat pentru o coliziune și numai după aceea începe transmiterea acestuia. Această metodă de comutare reduce numărul de pachete transmise cu erori.
Tehnologii de comutare și modelul OSI
Comutatoarele LAN pot fi clasificate în funcție de straturile modelului OSI la care transmit, filtrează și comută cadre. Există comutatoare de strat 2, comutatoare de strat 2 cu proprietăți de comutator de strat 3 și comutatoare multistrat.
Comutatoare de nivel 2 analizează cadrele primite, ia o decizie cu privire la transmiterea lor ulterioară și le transmite la destinații pe baza adreselor MAC - ale stratului de legătură al modelului OSI. Principalul avantaj al comutatoarelor de nivel 2 este transparența pentru protocoalele de nivel superior. Deoarece comutatorul funcționează la nivelul 2, nu este nevoie să analizeze informațiile straturilor superioare ale modelului OSI.
Comutarea nivelului 2 - hardware. Are performanțe ridicate deoarece pachetul de date nu se modifică. Transmisia cadrului în comutator poate fi gestionată de un controler dedicat numit Circuite integrate specifice aplicației (ASIC). Proiectată pentru comutatoare, această tehnologie oferă viteze mari de comutare cu o latență minimă.
Există 2 motive principale pentru utilizarea comutatoarelor de nivel 2 - segmentarea rețelei și consolidarea grupului de lucru. Performanța ridicată a comutatoarelor permite proiectanților de rețea să reducă semnificativ numărul de noduri de pe un segment fizic. Divizia retea mareîn segmente logice îmbunătățește performanța rețelei (prin reducerea cantității de date transmise în segmente individuale), precum și flexibilitatea construirii unei rețele, creșterea gradului de protecție a datelor și facilitează gestionarea rețelei.
În ciuda avantajelor comutării layer 2, aceasta are încă unele limitări. Prezența comutatoarelor în rețea nu împiedică
Comutator negestionat potrivit pentru clădire rețeaua de acasă sau rețele de birouri mici. Diferența sa față de restul este versiunea „cutie”. Adică, după achiziție, este suficient să stabiliți o conexiune la serverul furnizorului și puteți distribui Internetul.
Când lucrați cu un astfel de comutator, trebuie avut în vedere că sunt posibile întârzieri pe termen scurt atunci când utilizați pagere. Comunicatie vocala(Skype, Vo-IP) și incapacitatea de a distribui lățimea canalului de Internet. Adică, atunci când porniți programul Torrent pe unul dintre computerele din rețea, acesta va consuma aproape toată lățimea de bandă, iar restul computerelor din rețea vor folosi restul lățimii de bandă.
Un comutator gestionat este cea mai bună soluție pentru construirea unei rețele în birouri și cluburi de informatică. Acest tip este vândut ca setări standard și standard.
Pentru a configura un astfel de comutator, va trebui să transpirați - un număr mare de setări vă pot întoarce capul, dar cu abordarea corectă, aduc rezultate minunate. caracteristica principală- distribuția lățimii canalului și setarea debitului fiecărui port. Să luăm ca exemplu un canal de Internet de 50 Mbps/s, 5 calculatoare în rețea, un set-top box IP-TV și un ATC. Putem face mai multe variante, dar voi lua în considerare doar una.
Mai departe - doar imaginația și gândirea non-standard. În total, avem un canal relativ mare. De ce relativ? Veți afla aceste informații în continuare dacă vă adânciți cu atenție în esență. Am uitat să clarific - construiesc o rețea pentru un birou mic. IP-TV este utilizat pentru televizorul din sala de așteptare, computere pentru e-mail, transfer document, navigare pe site, ATC pentru conectare linii fixe la linia principală pentru a primi apeluri de la Skype, QIP, celulare etc.
Un comutator gestionat este o modificare a unui comutator convențional, neadministrat.
Pe lângă cipul ASIC, acesta conține un microprocesor capabil să efectueze operațiuni suplimentare asupra cadrelor, precum filtrarea, modificarea și prioritizarea, precum și alte acțiuni care nu sunt legate de redirecționarea cadrelor. De exemplu, furnizați o interfață de utilizator.
V în termeni practici Diferențele dintre comutatoarele gestionate și cele neadministrate sunt, în primul rând, în lista standardelor acceptate - dacă un comutator obișnuit, neadministrat acceptă doar standardul Ethernet (IEEE 802.3) în diferitele sale varietăți, atunci comutatoarele gestionate acceptă o listă mult mai largă de standarde: 802.1Q.802.1X, 802.1AE, 802.3ad (802.1AX) și așa mai departe care necesită configurare și gestionare.
Există un alt tip - comutatoare SMART.
Apariția comutatoarelor inteligente s-a datorat mișcare de marketing- Dispozitivele acceptă un număr mult mai mic de funcții decât omologii lor mai vechi, dar sunt totuși ușor de gestionat.
Pentru a nu deruta și induce în eroare consumatorii, primele modele au fost produse cu denumirea de inteligent sau web-managed.
Aceste dispozitive la un preț semnificativ mai mic ofereau funcționalitatea de bază a switch-urilor gestionate - organizarea VLAN, activarea și dezactivarea administrativă a porturilor, filtrarea după adresa MAC sau limitarea ratei. Tradiţional, singura cale managementul era o interfață web, așa că numele de web-managed era ferm înrădăcinat în spatele comutatoarelor inteligente.
Comutatorul stochează memorie asociativă tabel de comutare, care indică corespondența adresei MAC a gazdei cu portul comutatorului. Când comutatorul este pornit, acest tabel este gol și pornește în modul de învățare. În acest mod, datele de intrare pe orice port sunt transmise către toate celelalte porturi ale comutatorului. În acest caz, comutatorul analizează cadrele (cadru) și, după ce a determinat adresa MAC a gazdei expeditoare, o introduce în tabel.
Ulterior, dacă unul dintre porturile de comutare primește un cadru destinat unei gazde a cărei adresă MAC este deja în tabel, atunci acest cadru va fi transmis doar prin portul specificat în tabel. Dacă adresa MAC a gazdei de destinație nu este legată de niciun port de comutare, atunci cadrul va fi trimis către toate porturile.
De-a lungul timpului, comutatorul construiește un tabel complet pentru toate porturile sale și, ca rezultat, traficul este localizat.
Este de remarcat latența scăzută (întârziere) și viteza mare de redirecționare pe fiecare port de interfață.
Metode de comutare în comutator.
Există trei moduri de a comuta. Fiecare dintre ele este o combinație de parametri precum latența (latența) „decizia comutatorului” și fiabilitatea transmisiei.
Cu stocare intermediară (Store și Forward).
„De-a lungul” (decupat).
„Fără fragmente” sau hibrid.
Cu stocare intermediară (Store și Forward). Comutatorul citește toate informațiile primite în cadru, le verifică pentru erori, selectează un port de comutare și apoi îi trimite un cadru verificat.
„De-a lungul” (decupat). Comutatorul citește doar adresa de destinație din cadru și apoi comută. Acest mod reduce întârzierile de transmisie, dar nu are o metodă de detectare a erorilor.
„Fără fragmente” sau hibrid. Acest mod este o modificare a modului „Running through”. Transmiterea se efectuează după filtrarea fragmentelor de coliziuni (cadrele cu dimensiunea de 64 de octeți sunt procesate folosind tehnologia stocare și redirecționare, restul sunt procesate folosind tehnologia cut-through). Întârzierea „deciziei de comutare” se adaugă la timpul necesar pentru ca un cadru să intre și să părăsească portul comutatorului și, împreună cu aceasta, determină întârzierea generală a comutatorului.
Comutați caracteristicile de performanță.
Principalele caracteristici ale unui comutator care măsoară performanța acestuia sunt:
- - viteza de filtrare (filtrare);
- - viteza de rutare (redirecționare);
- - debitului(debit);
- - întârzierea transmisiei cadrului.
În plus, există mai multe caracteristici ale comutatorului care cel mai afectează caracteristicile de performanță specificate. Acestea includ:
- - dimensiunea buffer-urilor de cadru;
- - performanta magistralei interne;
- - performanta procesorului sau procesoarelor;
- - dimensiunea tabelului intern de adrese.
Rata de filtrare și avansarea cadrului sunt cele două caracteristici principale de performanță ale comutatorului. Aceste caracteristici sunt indicatori integranți, nu depind de modul în care este implementat tehnic comutatorul.
Rata de filtrare determină rata la care comutatorul efectuează următorii pași de procesare a cadrelor:
- - primirea unui cadru în buffer-ul său;
- - Distrugerea cadrului, deoarece portul de destinație este același cu portul sursă.
Rata forward determină rata la care comutatorul efectuează următorii pași de procesare a cadrelor:
- - primirea unui cadru în buffer-ul său;
- - vizualizarea tabelului de adrese pentru a găsi portul pentru adresa de destinație a cadrului;
- - transmiterea cadrelor către rețea prin portul de destinație găsit în tabelul de adrese.
Atât rata de filtrare, cât și rata de avans sunt de obicei măsurate în cadre pe secundă.
Dacă caracteristicile comutatorului nu specifică pentru ce protocol și pentru ce dimensiune a cadrului sunt date valorile ratelor de filtrare și redirecționare, atunci se consideră implicit că acești indicatori sunt dați pentru protocolul Ethernet și cadrele de 64 de octeți lung (fără preambul), cu un câmp de date de 46 de octeți.
Utilizarea cadrelor de lungime minimă ca indicator principal al vitezei comutatorului se explică prin faptul că astfel de cadre creează întotdeauna cel mai dificil mod de operare pentru comutator în comparație cu cadrele de alt format, cu un debit egal al datelor de utilizator transferate. .
Prin urmare, atunci când se testează un comutator, modul de lungime minimă a cadrului este utilizat ca cel mai dificil test, care ar trebui să verifice capacitatea comutatorului de a funcționa cu cea mai proastă combinație de parametri de trafic pentru acesta.
În plus, pentru pachetele de lungime minimă, ratele de filtrare și redirecționare sunt valoare maximă, care nu are o importanță mică atunci când faceți publicitate comutatorului.
Debitul unui comutator este măsurat prin cantitatea de date utilizator transmisă pe unitatea de timp prin porturile sale.
Deoarece comutatorul funcționează la nivelul de legătură, datele utilizatorului pentru acesta sunt datele care sunt transportate în câmpul de date al cadrelor protocoalelor stratului de legătură - Ethernet, Token Ring, FDDI etc.
Valoarea maximă a debitului comutatorului este întotdeauna atinsă pe cadre de lungime maximă, deoarece în acest caz ponderea costurilor generale pentru informatii de serviciu lungimea cadrului este mult mai mică decât pentru cadrele de lungime minimă, iar timpul pentru comutare pentru a efectua operațiuni de procesare a cadrelor pe octet de informații despre utilizator este semnificativ mai mic.
Dependența debitului comutatorului de dimensiunea cadrelor transmise este bine ilustrată de exemplul protocolului Ethernet, pentru care, la transmiterea cadrelor de lungime minimă, o rată de transmisie de 14880 de cadre pe secundă și o lățime de bandă de 5,48 Mb/s se realizează, iar la transmiterea cadrelor de lungime maximă se realizează o rată de transmisie de 812 cadre pe secundă.secundă și un debit de 9,74 Mb/s.
Debitul scade cu aproape jumătate atunci când treceți la cadre de lungime minimă, și acest lucru fără a lua în considerare timpul pierdut la procesarea cadrelor de către comutator.
Întârzierea transmisiei cadrului este măsurată ca timpul scurs din momentul în care primul octet al cadrului ajunge la portul de intrare al comutatorului până în momentul în care acest octet ajunge la portul de ieșire al comutatorului.
Latența este suma timpului petrecut pentru a pune în tampon octeții cadrului, precum și a timpului petrecut procesând cadrul de către comutator - căutând tabelul de adrese, decidend dacă se filtrează sau redirecționează și obținerea accesului la media portului de ieșire . Cantitatea de întârziere introdusă de comutator depinde de modul de funcționare a acestuia. Dacă comutarea se efectuează „din zbor”, atunci întârzierile sunt de obicei mici și variază de la 10 μs la 40 μs, iar cu tamponarea cadru complet - de la 50 μs la 200 μs (pentru cadre de lungime minimă). Comutatorul este un dispozitiv multiport, prin urmare, este obișnuit ca acesta să ofere toate caracteristicile de mai sus (cu excepția întârzierii transmisiei cadrului) în două versiuni:
- - prima varianta - performanta totala a comutatorului cu transmitere simultana a traficului prin toate porturile acestuia;
- - a doua opțiune este performanța pe un port.
De când traficul este transmis simultan de mai multe porturi, există o cantitate mare variante de trafic care diferă prin dimensiunea cadrelor dintr-un flux, distribuția intensității medii a fluxurilor de cadre între porturile de destinație, coeficienții de variație a intensității fluxurilor de cadre etc., etc.
Apoi, la compararea comutatoarelor din punct de vedere al performanței, este necesar să se țină cont pentru ce variantă de trafic au fost obținute datele de performanță publicate. Unele laboratoare care testează constant echipamentele de comunicație au elaborat descrieri detaliate ale condițiilor de testare pentru comutatoare și le folosesc în practica lor, dar aceste teste nu au devenit încă industriale generale. V caz ideal Un switch instalat în rețea transmite cadre între nodurile conectate la porturile sale la viteza cu care nodurile generează aceste cadre, fără a introduce întârzieri suplimentare și fără a pierde un singur cadru.
În practică reală, comutatorul introduce întotdeauna unele întârzieri în transmiterea cadrelor și poate pierde și unele cadre, adică să nu le livreze la destinații. Datorită diferențelor în organizarea internă a diferitelor modele de comutatoare, este dificil de prezis cum va transmite un anumit comutator cadre ale unui anumit model de trafic. Cel mai bun criteriu există încă o practică când comutatorul este plasat rețea reală si se masoara intarzierile pe care le introduce si numarul de cadre pierdute. Performanța generală a comutatorului este asigurată de performanța suficient de ridicată a fiecăruia dintre elementele sale individuale - procesorul portului, matricea de comutare, modulele comune de conectare a magistralei etc.
Indiferent de organizarea internă a comutatorului și de modul în care operațiunile sale sunt canalizate, este posibil să se determine cerințe de performanță destul de simple pentru elementele sale care sunt necesare pentru a susține o anumită matrice de trafic. Deoarece producătorii de switch-uri se străduiesc să-și facă dispozitivele cât mai rapide posibil, debitul intern general al unui switch este adesea marginal mai mare decât media oricărui trafic care poate fi direcționat către porturile switch-ului conform protocoalelor lor.
Acest tip de comutatoare se numește neblocare, adică orice tip de trafic este transmis fără a-i reduce intensitatea. Pe lângă lățimea de bandă elemente individuale comutator, cum ar fi procesoarele de porturi sau autobuz comun, performanța comutatorului este afectată de parametri precum dimensiunea tabelului de adrese, dimensiunea bufferului comun sau a bufferelor de porturi individuale.
Dimensiunea tabelului de adrese afectează capacitatea maximă a tabelului de adrese și determină suma maxima Adrese MAC pe care comutatorul le poate gestiona în același timp.
Deoarece comutatoarele folosesc cel mai adesea o unitate de procesor dedicată cu propria sa memorie pentru a stoca o instanță a tabelului de adrese pentru a efectua operațiunile fiecărui port, dimensiunea tabelului de adrese pentru comutatoare este de obicei dată pe port.
Instanțele tabelului de adrese ale diferitelor module de procesor nu conțin neapărat aceleași informații de adresă - cel mai probabil nu vor fi atât de multe adrese duplicate, cu excepția cazului în care distribuția traficului fiecărui port este complet la fel de probabilă între celelalte porturi. Fiecare port stochează numai acele seturi de adrese pe care le folosește În ultima vreme. Valoarea numărului maxim de adrese MAC pe care procesorul de porturi le poate aminti depinde de aplicația comutatorului. Switch-urile pentru grupuri de lucru acceptă de obicei doar câteva adrese pe port, deoarece sunt concepute pentru a forma microsegmente. Switch-urile departamentale ar trebui să accepte câteva sute de adrese, iar comutatoarele backbone ale rețelei până la câteva mii, de obicei între 4.000 și 8.000 de adrese. Capacitatea insuficientă a tabelului de adrese poate încetini comutatorul și poate inunda rețeaua cu trafic în exces. Dacă tabelul de adrese al procesorului de porturi este plin și întâlnește o nouă adresă sursă într-un pachet de intrare, atunci trebuie să elimine unele adresa vecheși pune unul nou în locul lui. Această operațiune în sine va dura ceva timp de la procesor, dar principala pierdere de performanță va fi observată atunci când sosește un cadru cu o adresă de destinație care trebuia eliminată din tabelul de adrese.
Deoarece adresa de destinație a cadrului este necunoscută, comutatorul trebuie să redirecționeze cadrul către toate celelalte porturi. Această operațiune va crea muncă în plus pentru multe procesoare de port, în plus, copii ale acestui cadru vor cădea și pe acele segmente de rețea în care sunt complet opționale. Unii producători de comutatoare rezolvă această problemă schimbând algoritmul de gestionare a cadrelor cu o adresă de destinație necunoscută. Unul dintre porturile de comutare este configurat ca port trunk, către care sunt trimise implicit toate cadrele cu o adresă necunoscută.
Memoria tampon internă a comutatorului este necesară pentru a stoca temporar cadre de date în cazurile în care acestea nu pot fi transferate imediat în portul de ieșire. Tamponul este conceput pentru a netezi ondulațiile de trafic pe termen scurt.
La urma urmei, chiar dacă traficul este bine echilibrat și performanța procesoarelor de porturi, precum și a altor elemente de procesare ale comutatorului, este suficientă pentru a transfera valori medii de trafic, acest lucru nu garantează că performanța lor va fi suficientă pentru vârfuri foarte mari. valorile de încărcare. De exemplu, traficul poate ajunge simultan la toate intrările comutatorului timp de câteva zeci de milisecunde, împiedicându-l să transmită cadrele primite către porturile de ieșire. Pentru a preveni pierderile de cadre atunci când intensitatea medie a traficului depășește media pentru o perioadă scurtă de timp (și pentru rețelele locale, se găsesc adesea valori de ondulare a traficului în intervalul 50-100), singurul remediu este un tampon mare. Ca și în cazul tabelelor de adrese, fiecare modul de procesor de port are de obicei propria sa memorie tampon pentru stocarea cadrelor. Cu cât cantitatea de memorie este mai mare, cu atât este mai puțin probabil să piardă cadre în timpul aglomerației, deși dacă mediile de trafic sunt dezechilibrate, tamponul se va încărca mai devreme sau mai târziu.
În mod obișnuit, comutatoarele concepute să funcționeze în părți critice ale rețelei au o memorie tampon de câteva zeci sau sute de kiloocteți per port.
Este bine că această memorie tampon poate fi realocată între mai multe porturi, deoarece supraîncărcările simultane pe mai multe porturi sunt puțin probabile. Instrument suplimentar protecția poate fi un buffer comun pentru toate porturile din modulul de gestionare a comutatorului. Un astfel de buffer are de obicei o dimensiune de câțiva megaocteți.
18.03.1997 Dmitri Ganzha
Comutatoarele ocupă locația centralăîn rețelele locale moderne. TIPURI DE COMUTARE HUB DE COMUTARE RISC ȘI ASIC METODE DE PROCESARE A PACHETELOR ARHITECTURĂ DE COMUTARE DE ÎNLTĂ CONSTRUCȚIE DE REȚELE VIRTUALE STRAT 3 CONCLUZII DE COMUTARE Comutarea este una dintre cele mai populare tehnologii moderne.
Switch-urile sunt esențiale pentru rețelele locale de astăzi.
Comutarea este una dintre cele mai populare tehnologii moderne. Switch-urile împing punți și routere la periferia rețelelor locale, lăsând în urma lor rolul de a organiza comunicarea prin intermediul rețelei globale. O astfel de popularitate a comutatoarelor se datorează în primul rând faptului că permit, datorită micro-segmentării, creșterea performanței rețelei în comparație cu rețelele partajate cu aceeași lățime de bandă nominală. Pe lângă împărțirea rețelei în segmente mici, comutatoarele fac posibilă organizarea dispozitivelor conectate în rețele logice și regruparea cu ușurință a acestora atunci când este necesar; cu alte cuvinte, vă permit să creați rețele virtuale.
Ce este un comutator? Conform definiției IDC, „un comutator este un dispozitiv conceput ca un hub și care acționează ca un pod multiport de mare viteză; mecanismul de comutare încorporat permite segmentarea rețelei locale și alocarea lățimii de bandă stațiilor terminale din rețea” ( vezi articolul lui M. Kulgin „Construiește o rețea, plantează un copac...” în numărul din februarie LAN). Cu toate acestea, această definiție se aplică în primul rând comutatoarelor de cadru.
TIPURI DE COMUTARE
Comutarea este înțeleasă în mod obișnuit ca însemnând patru tehnologii diferite - comutarea configurației, comutarea cadrului, comutarea celulei și conversia cadru-la-celulă.
Comutarea configurației este cunoscută și sub denumirea de comutare de port. port specific de pe modulul smart hub este atribuit unuia dintre segmentele interne Ethernet (sau Token Ring). Această atribuire se face de la distanță prin gestionarea programatică a rețelei atunci când utilizatorii și resursele sunt conectate sau mutate în rețea. Spre deosebire de alte tehnologii de comutare, această metodă nu îmbunătățește performanța unei rețele LAN partajate.
Comutarea cadrelor sau comutarea LAN utilizează formate standard Ethernet (sau Token Ring). Fiecare cadru este procesat de cel mai apropiat comutator și transmis în continuare prin rețea direct către destinatar. Ca rezultat, rețeaua se transformă într-un set de canale directe de mare viteză care funcționează în paralel. Cum se schimbă cadrele în interiorul comutatorului, vom analiza mai jos folosind exemplul unui hub de comutare.
Comutarea celulelor este utilizată în ATM. Utilizarea celulelor mici cu lungime fixă face posibilă crearea unor structuri de comutare cu costuri reduse și de mare viteză la nivel hardware. Atât comutatoarele de cadru, cât și cele de celule pot accepta mai multe grupuri de lucru independente, indiferent de acestea conexiune fizică(vezi secțiunea „Construirea rețelelor virtuale”).
Conversia cadru-la-celulă permite, de exemplu, unei stații cu un card Ethernet să comunice direct cu dispozitivele dintr-o rețea ATM. Această tehnologie este utilizată în emularea LAN.
În această lecție, vom fi interesați în primul rând de comutarea cadrelor.
HUBURI DE COMUTARE
Primul hub de comutare numit EtherSwictch a fost introdus de Kalpana. Acest hub a permis reducerea concurenței în rețea prin reducerea numărului de noduri dintr-un segment logic folosind tehnologia de micro-segmentare. În esență, numărul de stații dintr-un segment a fost redus la două: stația care inițiază cererea și stația care răspunde la cerere. Nicio altă stație nu vede informațiile transmise între ei. Pachetele sunt transmise ca printr-un bridge, dar fără întârzierea inerentă bridge-ului.
Într-o rețea Ethernet comutată, fiecărui membru al unui grup de utilizatori multipli i se poate garanta o lățime de bandă de 10 Mbps în același timp. Pentru a înțelege cum funcționează un astfel de hub, analogia cu centrala telefonică veche obișnuită ajută cel mai bine, în care participanții la dialog sunt conectați prin cablu coaxial. Când un abonat a sunat la „eternul” 07 și a cerut să fie conectat la un astfel de număr, operatorul a verificat în primul rând dacă linia este disponibilă; dacă da, a conectat participanții direct cu o bucată de cablu. Nimeni altcineva (cu excepția serviciilor secrete, desigur) nu le-a putut auzi conversația. După încheierea convorbirii, operatorul a deconectat cablul de la ambele porturi și a așteptat următorul apel.
Hub-urile de comutare funcționează într-un mod similar (vezi Figura 1): trec pachete de la un port de intrare la un port de ieșire prin intermediul fabricii de comutare. Când un pachet lovește un port de intrare, comutatorul își citește adresa MAC (adică adresa de nivel 2) și este imediat redirecționat către portul asociat cu acea adresă. Dacă portul este ocupat, atunci pachetul este pus în coadă. În esență, o coadă este un buffer pe un port de intrare unde pachetele așteaptă ca portul potrivit să devină liber. Cu toate acestea, metodele de tamponare sunt oarecum diferite.
Poza 1.
Hub-urile de comutare funcționează similar cu vechile comutatoare de telefon: conectează un port de intrare direct la un port de ieșire printr-o matrice de comutare.
METODE DE MANIPULARE A PACHETELOR
În comutarea end-to-end (numită și comutare din mers și comutare fără buffer), comutatorul citește doar adresa unui pachet de intrare. Pachetul este transmis în continuare indiferent de absența sau prezența erorilor în el. Acest lucru poate reduce semnificativ timpul de procesare a pachetelor, deoarece sunt citiți doar primii câțiva octeți. Prin urmare, este de competența receptorului să identifice pachetele defecte și să solicite retransmiterea acestora. Cu toate acestea, modern sisteme de cabluri suficient de fiabil încât nevoia de retransmisie pe multe rețele să fie minimă. Cu toate acestea, nimeni nu este imun la erori în caz de deteriorare a cablului, defecțiune a plăcii de rețea sau interferențe de la o sursă electromagnetică externă.
La comutarea cu buffering intermediar, comutatorul, la primirea unui pachet, nu-l transmite mai departe până când nu l-a citit complet, sau cel puțin a citit toate informațiile de care are nevoie. Nu numai că determină adresa destinatarului, dar verifică și suma de control, adică poate tăia pachetele defecte. Acest lucru vă permite să izolați segmentul care produce erori. Astfel, comutarea tamponată subliniază fiabilitatea în detrimentul vitezei.
Pe lângă cele două de mai sus, unele comutatoare folosesc o metodă hibridă. În condiții normale, efectuează comutarea de la capăt la capăt, dar monitorizează numărul de erori prin verificare sume de control. Dacă numărul de erori atinge o valoare de prag predeterminată, acestea intră în modul de comutare cu tamponare intermediară. Când numărul de erori este redus la un nivel acceptabil, acestea revin la modul de comutare de la capăt la capăt. Acest tip de comutare se numește comutare de prag sau adaptivă.
RISC ȘI ASIC
Adesea, comutatoarele tamponate sunt implementate folosind procesoare RISC standard. Unul dintre avantajele acestei abordări este că este relativ ieftină în comparație cu comutatoarele ASIC, dar nu este foarte bună pentru aplicatii specializate. Comutarea în astfel de dispozitive se realizează cu ajutorul unui software, astfel încât funcționalitatea acestora poate fi modificată prin actualizarea software-ului instalat. Dezavantajul este că sunt mai lente decât comutatoarele bazate pe ASIC.
Comutatoarele ASIC sunt proiectate pentru a îndeplini sarcini specializate: toată funcționalitatea lor este „conectată” în hardware. Există un dezavantaj al acestei abordări: atunci când este necesară modernizarea, producătorul este obligat să refacă circuitul. ASIC-urile oferă de obicei comutare de la capăt la capăt. Fabrica de comutare ASIC creează căi fizice dedicate între un port de intrare și un port de ieșire, așa cum se arată în .
ARHITECTURĂ COMUTATORĂ DE GASMĂ
Comutatoarele high-end sunt de obicei modulare și pot efectua atât comutarea de pachete, cât și comutarea celulelor. Modulele unui astfel de comutator efectuează comutarea între rețele de diferite tipuri, inclusiv Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI și ATM. Principalul mecanism de comutare în astfel de dispozitive este structura de comutare ATM. Vom lua în considerare arhitectura unor astfel de dispozitive folosind Centillion 100 de la Bay Networks ca exemplu.
Comutarea se realizează folosind următoarele trei componente hardware (vezi Figura 2):
(1x1)
Figura 2.
În comutatoarele high-end, comutarea celulelor este folosită din ce în ce mai des datorită acesteia viteza mareși ușurința de migrare la ATM.
Fiecare modul de comutare are porturi I/O, memorie tampon și un ASIC CellManager. În plus, fiecare modul LAN are și un procesor RISC pentru comutarea cadrelor între ele porturi localeși un packetizer/parser pentru conversia cadrelor și celulelor unele în altele. Toate modulele pot comuta independent între porturile lor, astfel încât numai traficul destinat altor module să fie trimis prin backplane.
Fiecare modul își menține propriul tabel de adrese, iar procesorul principal de control le combină într-un singur tabel comun, astfel încât un singur modul poate vedea rețeaua ca întreg. Dacă, de exemplu, modulul Ethernet primește un pachet, acesta determină cui este adresat pachetul. Dacă adresa se află în tabelul de adrese locale, atunci procesorul RISC comută pachetul între porturile locale. Dacă destinația este pe alt modul, atunci asamblatorul/dezasamblatorul convertește pachetul în celule. CellManager specifică o mască de destinație pentru a identifica modulul (modulele) și portul (porturile) către care este destinată sarcina utilă a celulei. Orice modul al cărui bit de mască de card este setat în masca de destinație copiază celula în memoria locală și transmite date către portul de ieșire corespunzător în conformitate cu biții de mască ale portului setați.
CONSTRUIREA REȚELE VIRTUALE
Pe lângă îmbunătățirea performanței, comutatoarele vă permit să creați rețele virtuale. Una dintre metodele de creare a unei rețele virtuale este crearea unui domeniu de difuzare prin conectarea logică a porturilor din infrastructura fizică a unui dispozitiv de comunicație (acesta poate fi fie un hub inteligent - comutare de configurare, fie un comutator - comutare de cadru). De exemplu, porturile impare de pe un dispozitiv cu opt porturi sunt alocate unei rețele virtuale, iar porturile cu numerele pare sunt alocate alteia. Ca rezultat, o stație dintr-o rețea virtuală este izolată de stațiile din alta. Dezavantajul acestei metode de conectare virtuală este că toate stațiile conectate la același port trebuie să aparțină aceleiași rețele virtuale.
O altă metodă de creare a unei rețele virtuale se bazează pe adresele MAC ale dispozitivelor conectate. Cu această metodă de organizare a unei rețele virtuale, orice angajat se poate conecta, de exemplu, al lui PC portabil la orice port al switch-ului și va determina automat dacă utilizatorul său aparține unei anumite rețele virtuale pe baza adresei MAC. Această metodă permite, de asemenea, utilizatorilor conectați la același port de comutare să aparțină unor rețele virtuale diferite. Mai multe despre rețele virtuale vezi articolul lui A. Avduevsky „Astfel de rețele virtuale reale” în numărul din martie a revistei LAN pentru acest an.
COMUTARE AL TREILEA NIVEL
Cu toate avantajele lor, comutatoarele au unul dezavantaj semnificativ: Nu sunt capabili să protejeze rețeaua de avalanșe de difuzare, iar acest lucru duce la supraîncărcare a rețelei și la creșterea timpului de răspuns. Routerele pot monitoriza și filtra traficul de difuzare inutil, dar sunt cu un ordin de mărime mai lente. Deci, conform documentației Case Technologies, performanța tipică a unui router este de 10.000 de pachete pe secundă, iar aceasta nu poate fi comparată cu cea a unui switch - 600.000 de pachete pe secundă.
Ca rezultat, mulți producători au început să integreze funcții de rutare în comutatoare. Pentru a preveni încetinirea semnificativă a comutării, sunt utilizate diverse metode: de exemplu, atât comutarea de nivel 2, cât și comutarea de nivel 3 sunt implementate direct în hardware(v circuite integrate ASIC). Diferiți producători numesc această tehnologie în mod diferit, dar scopul este același: comutatorul de rutare trebuie să îndeplinească funcțiile celui de-al treilea strat la aceeași viteză ca și funcțiile celui de-al doilea strat. Un factor important este prețul unui astfel de dispozitiv pe port: ar trebui să fie, de asemenea, mic, ca și switch-urile (vezi articolul lui Nick Lippis în numărul următor al revistei LAN).
CONCLUZIE
Comutatoarele sunt atât structural, cât și funcțional foarte diverse; într-un articol mic este imposibil să le acoperim toate aspectele. În următorul tutorial, vom arunca o privire mai atentă asupra comutatoarelor ATM.
Dmitry Ganzha este editorul executiv al LAN. El poate fi contactat la: [email protected].
