Автор работы: Пользователь скрыл имя, 24 Января 2013 в 11:21, лекция
Рассмотрены принципы и сетевые решения при построении сетей на базе популярной технологии Ethernet. Большинство из приведенных материалов ранее не было опубликовано и было доступно лишь специалистам, занимающимся проектированием и эксплуатацией сетей.
Первоначально после включения таблица коммутации моста является пустой. Мост при этом работает в прозрачном режиме, передавая кадры, поступающие с одного порта на другой. После того, как компьютер передал в сеть хотя бы один кадр, его МАС-адрес извлекается и заносится в таблицу коммутации, а после того, как каждый компьютер выдал хотя бы по одному кадру, таблица коммутации становится заполненной полностью. По мере заполнения таблицы коммутации мост начинает фильтровать кадры. Так, например, если во входной буфер поступил кадр, в котором МАС-адреса источника и адресата находятся со стороны одного и того же порта моста (в данном случае оба компьютера подключены к одному и тому же концентратору), то такой кадр через мост пропущен не будет. Он будет стерт в памяти буфера.
Мост всегда будет пропускать через себя кадры с неизвестными
МАС-адресами получателей, а также кадры с широковещательным адресом.
Ясно, что поскольку мост содержит буфер в который записываются кадры для последующего анализа и возможной передачи, задержки при передаче через мост значительно превышают задержки в концентраторе, однако эффект от использования моста оказывается положительным. Обратим внимание на то, что использование моста позволяет осуществлять обмен кадрами в обоих концентраторах ЛВС одновременно. Такая возможность обеспечивается за счет того, что мост после анализа МАС адресов, не будет пропускать через себя трафик, передаваемый между компьютерами, подключенными к одному и тому же концентратору. А это равносильно тому, что оба концентратора будут работать автономно, не мешая друг другу в передаче кадров. В данном случае, такая параллельная работа равнозначна удвоению пропускной способности ЛВС.
Р и с. 6.2. Принцип действия моста
Несмотря на то, что как самостоятельные устройства мосты вытеснены более совершенными устройствами – коммутаторами и практически не выпускаются, функции мостов встроены в некоторые модемы. Рассмотрим пример применения модемов мостов. Пусть необходимо организовать взаимодействие нескольких территориально удаленных групп пользователей, расстояние между которыми составляет несколько сот метров или даже несколько километров.
В рассматриваемом примере (рис. 6.3) имеется 3 группы пользователей, одна из которых расположена в центральном офисе, а две другие находятся в удаленных офисах. Каждая из групп включает в себя несколько компьютеров и файл-серверов. Удаленные офисы подключены к центральному по двухпроводным абонентским линиям при помощи модемов, обладающими функциями мостов. Что дает использование функции моста для данного случая? Нетрудно видеть, что использование моста не пропускает локальный трафик филиалов в сегменты ЛВС, расположенные в других офисах. В тоже время мосты не препятствуют информационному обмену между компьютерами, расположенными в различных филиалах.
Р и с. 6.3. Пример использования встроенных в модемы мостов
для локализации внутриофисного трафика
Как отмечалось выше, основной недостаток ЛВС, построенных на базе концентраторов, состоит в том, что множество компьютеров, подключенных к концентраторам, вынуждены делить между собой общую среду передачи, что при увеличении числа компьютеров приводит к возрастанию вероятности конфликтов, а следовательно, к снижению пропускной способности ЛВС. Разбиение ЛВС на сегменты и объединение сегментов мостами позволяет снизить вероятность конфликтов и увеличить пропускную способность ЛВС [5].
Мощный импульс в развитие ЛВС дали коммутаторы. С одной стороны, коммутатор можно рассматривать в первом приближении как многопортовый мост, с другой стороны, коммутатор по сравнению с мостом имеет много новых свойств, позволяющих говорить о нем как о принципиально новом устройстве.
Для иллюстрации работы коммутатора рассмотрим его логическую схему, приведенную на рис.6.4. Из этого рисунка видно, что за каждым портом коммутатора закреплены входной и выходной буфер. Это позволяет нескольким парам компьютеров в одно и тоже время вести независимый дуплексный обмен кадрами, не мешая друг другу. Ясно, что при такой схеме обмена конфликты будут отсутствовать.
Р и с. 6.4. Передача кадров через коммутатор
Коммутатор может передавать кадры и в широковещательном режиме. Для этого поступающий во входной буфер порта кадр необходимо записать в выходные буфера всех других портов.
Использование буферов позволяет организовать подключение с различными скоростями. Например, рабочие станции могут быть подключены на скорости 10 или 100 Мбит/с, в то время как для подключения серверов целесообразно использовать подключение на скорости 1000 Мбит/с.
Ранее при рассмотрении работы моста было отмечено то, что буферизация кадров приводит к появлению задержек. Для сокращения задержек была предложена коммутация «на лету»(cut-through). При этом режиме коммутации коммутатор может не помещать принимаемый кадр целиком в буфер. Достаточно принять заголовок и после того, как определился выходной порт, совместить процесс приема кадра с передачей его через выходной порт. Ясно, что такое совмещение не всегда возможно. Например, выходной порт может быть занят передачей кадра или же скорости передачи могут отличаться. В этом случае коммутатор переходит в режим работы с полной буферизацией (store and forward). При полной буферизации кадр записывается во входной буфер целиком и лишь потом принимается решение о его дальнейшей пересылке.
Подводя итог сказанному, отметим, что до появления коммутаторов, сети Ethernet были полудуплексными, т.е. только одно устройство могло передавать данные в любой момент времени в одном домене коллизий. Коммутация позволила сети Ethernet работать в полнодуплексном режиме. Полнодуплексный режим – это дополнительная возможность одновременной двухсторонней передачи по линии связи «точка – точка» на МАС - подуровне. Функционально дуплексная передача намного проще полудуплексной, так как она не вызывает в среде передачи коллизий, не требует составления расписания повторных передач и добавления битов расширения в конец коротких кадров. В результате не только увеличивается время, доступное для передачи данных, но и удваивается полезная полоса пропускания канала, поскольку каждый канал обеспечивает полноскоростную одновременную двустороннюю передачу кадров.
Коммутация 2-го уровня. Коммутаторы 2-го уровня работают на канальном уровне модели OSI. Они анализируют входящие кадры, принимают решение об их дальнейшей передаче на основе МАС – адресов и передают кадры пунктам назначения. Основное преимущество коммутаторов – прозрачность для протоколов верхнего уровня. Реализация коммутации 2-го уровня, как правило, аппаратная. Этот вид коммутации обладает высокой производительностью, поскольку пакет данных не претерпевает изменений. Передача кадра в коммутаторе может осуществляться специализированным контроллером, называемым Application-Specific Integrated Circuits (ASIC). Эта технология, разработанная для коммутаторов, позволяет поддерживать гигабитные скорости с небольшой задержкой [5].
В основном, коммутаторы 2-го уровня используются для сегментации сети и объединения рабочих групп. Высокая производительность коммутаторов позволяет разработчикам сетей значительно уменьшить количество узлов в физическом сегменте. Деление крупной сети на логические сегменты повышает производительность сети (за счет уменьшения объема передаваемых данных в отдельных сегментах), а также гибкость построения сети, увеличивая степень защиты данных, и облегчает управление сетью.
Коммутаторы 2-го уровня обладают рядом ограничений. В частности, они не препятствует распространению широковещательных кадров (broadcast) по всем сегментам сети, сохраняя ее прозрачность.
Коммутация 3-го уровня. Прежде чем рассматривать особенности коммутации 3-го уровня, рассмотрим структуру заголовка IP-пакета, приведенную на рис. 6.5.
Р и с. 6.5. Структура заголовка IP-пакета
Поля имеют следующее назначение:
Опции могут быть в одном из вариантов формата: один октет с типом опций, октет типа (см. ниже), октет длины опции (включая октет типа, октет длины и собственно данные) и октеты данных опции.
Обычно эти поля обрабатываются маршрутизаторами. Коммутация 3-го уровня – это аппаратная маршрутизация, где передача пакетов обрабатывается контроллерами ASIC. В отличие от коммутаторов 2-го уровня, коммутаторы 3-го уровня принимают решения на основе информации сетевого уровня, а не на основе МАС - адресов. Основная цель коммутации 3-го уровня – получить скорость коммутации 2-го уровня и масштабируемость маршрутизации. Обработку пакетов коммутатор 3-го уровня выполняет таким же образом, как и маршрутизатор:
Основное отличие между маршрутизаторами и коммутаторами 3-го уровня заключается в том, что в основе коммутации 3-го уровня лежит аппаратная реализация. В маршрутизаторах общего назначения коммутация пакетов обычно выполняется программным образом. Так как коммутаторы 3-го уровня обычно быстрее и дешевле маршрутизаторов, то их использование в локальных сетях очень привлекательно.
Коммутация 4-го уровня. Коммутация 4-го уровня основывается на аппаратной маршрутизации сетевого уровня, которая отвечает за управяющую информацию 4-го уровня. Информация в заголовках пакета обычно включает адресацию сетевого уровня, тип протокола 3-го уровня, время жизни (TTL) и контрольную сумму. В пакете также содержится информация о протоколах верхних уровней, такая как тип протокола и номер порта.
Информация о работе Построение компьютерных сетей на базе коммутаторов Ethernet: