Цифровые сети и системы коммутации (стр. 2 )

8.1 Обязательная литература.

8.1.1 Тодд Леммл, Кевин Хейлз. Настройка коммутаторов Cisco. Учебное руководство. М.: Издательство "Лори", 2002г.

8.1.2 Тодд Леммл. Cisco Certified Network Associate. Учебное руководство.

8.1.3. Второе изданиие. М.: Издательство " Лори", 2002г.

8.2. Дополнительная литература

8.2.1 Руководство по технологиям объединенных сетей. 3-е издание М.: Издательский дом "Вильямс ", 2002г.

8.3 Компьютерные программы

1.Программый эмулятор компъютерных сетей фирмы BOSON.

8.4 Аппаратное обеспечение

1. Комплект аппаратуры фирмы CISCO по программе CNA (сетевая академия CISCO CCNA/CCNP)

Пример решения контрольной задачи

На рис.1 все три коммутатора имеют одинаковый приоритет равный 32768. Особое внимание следует обратить на MAC- адрес каждого коммутатора. По приоритету и MAC-адресам требуется определить корневой мост.

Поскольку коммутатор 1900А имеет наименьший MAC-адрес, то, хотя все три коммутатора имеют стандартный приоритет, корневым мостом станет 1900А.

Для определения корневых портов на коммутаторе на коммутаторе 1900В и 1900С нужно сравнить стоимость каналов, соединяющих коммутаторы. Соединение от обоих коммутаторов к корневому коммутатору проходит от порта 0 пл каналу 100 Мбит/сек, следовательно, он имеет оптимальную стоимость и корневым портом обоих коммутаторов будет порт 0.

Для того, чтобы определить назначенные порты на коммутаторах, требуется использовать код моста. Все порты корневого всегда назначенные. Но так и коммутатор 1900В, и коммутатор 1900С имеют одинаковую стоимость пути до корневого моста, назначенный порт будет на коммутаторе 1900В, потому что он имеет наименьший код моста. Поскольку назначенный порт был определен коммутатору 1900В, коммутатор 1900С переведет порт 1 в блокированное состояние, чтобы не допустить сетевой петли.

МАТЕРИАЛЫ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Популярность коммутаторов обусловлена прежде всего тем, что они позволяют за счет сегментации повысить производительность сети. Помимо разделения сети на мелкие сегменты, коммутаторы дают возможность создавать логические сети и легко перегруппировывать устройства в них. Иными словами, коммутаторы позволяют создавать виртуальные сети.

В 1994 году компания IDC дала свое определение коммутатора локальных сетей: “ коммутатор – это устройство, конструктивно выполненное в виде сетевого концентратора и действующее как высокоскоростной многопортовый мост; встроенный механизм коммутации позволяет осуществить сегментирование локальной сети, а также выделить полосу пропускания конечными станциям в сети”.

Впервые коммутаторы появились в конце 80-х годов. Первые коммутаторы использовались для перераспределения пропускной способности и, соответственно, повышения производительности сети. Можно сказать, что коммутаторы первоначально применялись исключительно для сегментации сети. В наше время произошла переориентация, и теперь в большинстве случаев коммутаторы используются для прямого подключения к конечным станциям.

Широкое применение коммутаторов значительно повысило эффективность использования сети за счет равномерного распределения полосы пропускания между пользователями и приложениями. Несмотря на то что первоначальная стоимость была довольно высока, тем не менее они были значительно дешевле и проще в настройке и использовании, чем маршрутизаторы. Широкое распространение коммутаторов на уровне рабочих групп можно объяснить тем, что коммутаторы позволяют повысить отдачу от уже существующей сети. При этом для повышения производительности всей сети не нужно менять существующую кабельную систему и оборудование конечных пользователей.

Общий термин “коммутация ”применяется для четырех различных технологий:

·  Конфигурационной коммутации;

·  Коммутации кадров;

·  Коммутации ячеек;

·  Преобразования между кадрами и ячейками.

В основе конфигурационной коммутации лежит нахождение соответствия между конкретным портом коммутатора и определенным сегментом сети. Это соответствие может программно настраиваться при подключении или перемещении пользователей в сети.

При коммутации кадров используются кадров сетей Ethernet, Token Ring и т. д. Кадр при поступлении в сеть обрабатывается первым коммутатором на его пути. Под термином обработка понимается вся совокупность действий, производимых коммутатором для определения своего выходного порта, на который необходимо направить данный кадр. После обработки он передается далее по сети следующему коммутатору или непосредственно получателю.

В технологии АТМ также применяется коммутация, но в ней единицы коммутации носят название ячеек. Преобразование между кадрами и ячейками позволяет станциям в сети Ethernet, Token Ring и т. д. непосредственно взаимодействовать с устройствами АТМ. Эта технология применяется при эмуляции локальной сети.

Коммутаторы можно разделить на четыре категории:

1. Простые автономные коммутаторы сетей рабочих групп позволяют некоторым сетевым устройствам или сегментам обмениваться информацией с максимальной для данной кабельной системы скоростью. Они могут выполнять роль мостов для связи с другими сетевыми сегментами, но не транслируют протоколы и не обеспечивают повышенную пропускную способность с отдельными выделенными устройствами, такими как серверы.

2. Коммутаторы рабочих групп второй категории обеспечивают высоко скоростную связь одного или нескольких портов с сервером или базовой станцией.

3. Третью категорию составляют коммутаторы сети отдела предприятия, которые часто используются для взаимодействия сетей рабочих групп. Они представляют более широкие возможности администрирования и повышения производительности сети. Такие устройства поддерживают древовидную архитектуру связей, которая используется для передачи информации по резервным каналам и фильтрации пакетов. Физически такие коммутаторы поддерживают резервные источники питания и позволяют оперативно менять модули.

4. Последняя категория – это коммутаторы сети масштаба предприятия, выполняющие диспетчеризацию трафика, определяя наиболее эффективный маршрут. Они могут поддерживать большое количество логических соединений сети. Многие производители корпоративных коммутаторов предлагают в составе своих изделий модули АТМ. Эти коммутаторы осуществляют трансляцию протоколов Ethernet в протоколы АТМ.

Технология конфигурационной коммутации сегментов Ethernet была предложена фирмой Kalpana в 1990 году. Эта технология основана на отказе от использования разделяемых линий связи между всеми узлами сегмента и применении коммутаторов, позволяющих передавать пакеты одновременно между всеми парами портов. Новшество заключалось в параллельной обработке поступающих кадров.

В этом коммутаторе системный модуль поддерживает общую адресную таблицу коммутатора. Коммутационная матрица отвечает за пересылку кадров между портами. Каждый порт имеет свой процессор кадров. При поступлении кадра в один из портов его процессор отправляет в буфер несколько первых байт кадра для того, чтобы прочитать адрес назначения. После определения адреса процессор принимает решение о передаче кадра, не анализируя остальные его байты. Чтобы определить, куда передавать кадр, используется адресная таблица. Если данный адрес записан в таблице, выбирается соответствующий выходной порт. Выбор порта и формирование соединения производится коммутационной матрицей. Если такого адреса нет, он записывается в новой строке адресной таблицы, а кадр передается методом широковещания через все порты, за исключением принявшего.

Наиболее часто используются три типа функциональной структуры коммутаторов:

·  С коммутационной матрицей;

·  С общей шиной;

·  С разделяемой многовходовой памятью.

Коммутаторы с коммуникационной матрицей за счет параллельной обработки быстро осуществляют взаимодействие портов. Однако число портов ограничено, так как сложность реализации коммутатора возрастает пропорционально квадрату числа портов. Матрица может быть реализована на разных комбинационных схемах, но в любом случае в ее основе лежит технология коммутации физических каналов. Основным недостатком является невозможность буферизации данных внутри самой матрицы.

В коммутаторах с общей шиной используется высокоскоростная шина, предназначенная для связи процессоров портов. Связь портов через шину осуществляется в режиме разделения времени. В данном случае высокоскоростная шина играет пассивную роль. Активными являются специализированные процессоры портов. Для того, чтобы шина не была узким местом коммутатора, ее производительность должна быть в несколько раз выше скорости поступления данных на входные порты. Для уменьшения задержек при передаче кадр должен передаваться по шине небольшими частями. Размер этих частей определяется производителем коммутатора. Шина, так же, как и коммутационная матрица не может осуществлять промежуточную буферизацию.

Третий тип коммутатора – коммутаторы с разделяемой многовходовой памятью.

Входные блоки процессоров портов соединяются через переключатели входа с разделяемой памятью, а выходные блоки этих же процессоров соединяются с памятью через переключатели выхода. Переключением входа и выхода разделяемой памяти заведует блок управления портами. Этот юлок организует в разделяемой памяти несколько очередей данных – по одной для каждого выходного порта. Выходные блоки процессоров передают блоку управления запросы на запись данных в очередь порта, который соответствует адресу назначения пакета. Блок управления портами по очереди подключает вход памяти к одному из входных блоков процессоров и тот переписывает часть данных в очередь определенного выходного порта. По мере заполнения очередей блок управления производит поочередное подключение выхода разделяемой многовходовой памяти к выходным портам и данные из очереди переписываются в выходной буфер процессора.

Каждая из описанных архитектур имеет свои преимущества и недостатки. Поэтому часто в функционально сложных коммутаторах комбинируются различные архитектуры.

Производители коммутаторов применяют в своих изделиях различные алгоритмы управления потоком кадров для предотвращения потерь кадров при перегрузках в сети. Потеря даже небольшого количества кадров обычно резко снижает полезную производительность сети. Поэтому при возникновении перегрузки разумно было бы снизить интенсивность поступления кадров от конечных узлов к коммутатору. Для замедления потока в распоряжении коммутатора должен быть механизм снижения интенсивности трафика подключенных к его портам узлов. Существуют два таких механизма: