1. Комутатори займають центральне місце в сучасних локальних мережах. ТИПИ КОМУТАЦІЇ комутуючу КОНЦЕНТРАТОРИ...
2. комутуючу КОНЦЕНТРАТОРИ
3. МЕТОДИ ОБРОБКИ ПАКЕТІВ
4. RISC І ASIC
5. АРХІТЕКТУРА комутатор СТАРШОГО КЛАСУ
6. Побудова ВІРТУАЛЬНИХ МЕРЕЖ
7. КОМУТАЦІЯ ТРЕТЬОГО РІВНЯ
8. ВИСНОВОК

Комутатори займають центральне місце в сучасних локальних мережах. ТИПИ КОМУТАЦІЇ комутуючу КОНЦЕНТРАТОРИ МЕТОДИ ОБРОБКИ ПАКЕТІВ RISC І ASIC АРХІТЕКТУРА комутатор СТАРШОГО КЛАСУ Побудова ВІРТУАЛЬНИХ МЕРЕЖ КОМУТАЦІЯ ТРЕТЬОГО РІВНЯ ВИСНОВОК

Комутація - одна з найпопулярніших сучасних технологій. Комутатори витісняють мости і маршрутизатори на периферію локальних мереж, залишаючи за ними роль організації зв'язку через глобальну мережу. Така популярність комутаторів обумовлена ​​в першу чергу тим, що вони дозволяють за рахунок микросегментации підвищити продуктивність мережі в порівнянні з розділяються мережами з тієї ж номінальною пропускною спроможністю. Крім поділу мережі на дрібні сегменти, комутатори дають можливість організувати підключення пристрою в логічні мережі і легко перегруповують їх, коли це необхідно; іншими словами, вони дозволяють створювати віртуальні мережі.

Що ж таке комутатор? Згідно з визначенням IDC, "комутатор - це пристрій, конструктивно виконаний у вигляді концентратора і діє як високошвидкісний багатопортовий міст; вбудований механізм комутації дозволяє здійснювати сегментування локальної мережі і виділяти смугу пропускання кінцевим станціям в мережі" (див. Статтю М. Кульгин "Побудувати мережу, посадити дерево ..." в лютневому номері LAN). Однак це визначення відноситься в першу чергу до комутаторів кадрів.

ТИПИ КОМУТАЦІЇ

Під комутацією зазвичай розуміють чотири різні технології - конфігураційну комутацію, комутацію кадрів, комутацію осередків і перетворення між кадрами і осередками.

Конфігураційна комутація відома також як комутація портів, при цьому конкретний порт на модулі інтелектуального концентратора приписується до одного з внутрішніх сегментів Ethernet (або Token Ring). Це призначення здійснюється віддаленим чином за допомогою програмного керування мережею при підключенні або переміщенні користувачів і ресурсів в мережі. На відміну від інших технологій комутації, цей метод не підвищує продуктивності розділяється локальної мережі.

Комутація кадрів, або комутація в локальній мережі, використовує стандартні формати кадрів Ethernet (або Token Ring). Кожен кадр обробляється найближчим комутатором і передається далі по мережі безпосередньо одержувачу. У результаті мережа перетворюється як би в сукупність паралельно працюють високошвидкісних прямих каналів. Те, як здійснюється комутація кадрів всередині комутатора, ми розглянемо нижче на прикладі коммутирующего концентратора.

Комутація осередків застосовується в ATM. Використання невеликих осередків фіксованої довжини дає можливість створити недорогі високошвидкісні комутуючі структури на апаратному рівні. І комутатори кадрів, і комутатори осередків можуть підтримувати декілька незалежних робочих груп незалежно від їх фізичного підключення (див. Розділ "Побудова віртуальних мереж").

Перетворення між кадрами і осередками дозволяє, наприклад, станції з платою Ethernet безпосередньо взаємодіяти з пристроями в мережі ATM. Ця технологія застосовується при емуляції локальної мережі.

В даному уроці нас буде насамперед цікавити комутація кадрів.

комутуючу КОНЦЕНТРАТОРИ

Перший коммутирующий концентратор під назвою EtherSwictch був представлений компанією Kalpana. Цей концентратор дозволяв знизити конкуренцію в мережі за рахунок скорочення числа вузлів в логічному сегменті за допомогою технології микросегментации. По суті, число станцій в одному сегменті скорочувалася до двох: станція, яка ініціює запит, і станція, що відповідає на запит. Ніяка інша станція не бачить передану між ними інформацію. Пакети передаються як би через міст, але без властивої мосту затримки.

У комутованої мережі Ethernet кожному члену групи з декількох користувачів може бути одночасно гарантована пропускна здатність 10 Мбіт / с. Зрозуміти, як такий концентратор працює, найкраще допомагає аналогія зі звичайним старих телефонних комутатором, в якому учасників діалогу з'єднує коаксіальний кабель. Коли абонент дзвонив по "вічного" 07 і просив з'єднати його з таким-то номером, оператор насамперед перевіряв, чи доступна лінія; якщо так, то він з'єднував учасників безпосередньо за допомогою шматка кабелю. Ніхто інший (за винятком спецслужб, зрозуміло) не міг чути їхню розмову. Після завершення розмови оператор від'єднував кабель від обох портів і чекав наступного виклику.

Комутуючі концентратори діють аналогічним чином (див. Малюнок 1): вони передають пакети з вхідного порту на вихідний порт через комутуючу матрицю. Коли пакет потрапляє на вхідний порт, комутатор читає його MAC-адресу (т. Е. Адреса другого рівня), і він негайно перенаправляється на порт, пов'язаний з цією адресою. Якщо порт зайнятий, то пакет поміщається в чергу. По суті, чергу є буфер на вхідному порту, де пакети чекають, коли потрібний порт звільниться. Однак методи буферизації дещо відрізняються.

( 1x1 )

Малюнок 1. Комутуючі концентратори працюють однаково колишнім телефонних комутаторів: вони з'єднують вхідний порт безпосередньо з вихідним через комутуючу матрицю.

МЕТОДИ ОБРОБКИ ПАКЕТІВ

При наскрізний комутації (званої також комутацією на льоту і комутацією без проміжної буферизації) комутатор зчитує тільки адреса надходить пакета. Пакет передається далі незалежно від відсутності або наявності в ньому помилок. Це дозволяє значно скоротити час обробки пакета, так як читаються тільки кілька перших байт. Тому визначати дефектні пакети і запитувати їх повторну передачу повинна приймаюча сторона. Однак сучасні кабельні системи досить надійні, так що необхідність в повторній передачі в багатьох мережах мінімальна. Проте ніхто не застрахований від помилок у разі пошкодження кабелю, несправності мережевий плати або перешкод від зовнішнього електромагнітного джерела.

При комутації з проміжною буферизацією комутатор, отримуючи пакет, не передає далі, поки не прочитає повністю, або у всякому разі не прочитає всю необхідну йому інформацію. Він не тільки визначає адресу одержувача, а й перевіряє контрольну суму, т. Е. Може відсікати дефектні пакети. Це дозволяє ізолювати породжує помилки сегмент. Таким чином, комутація з проміжною буферизацією робить упор на надійність, а не на швидкість.

Крім двох перерахованих вище, деякі комутатори використовують гібридний метод. У звичайних умовах вони здійснюють наскрізну комутацію, але при цьому стежать за числом помилок за допомогою перевірки контрольних сум. Якщо число помилок досягає заданого порогового значення, вони переходять в режим комутації з проміжною буферизацією. При зниженні числа помилок до прийнятного рівня вони повертаються в режим наскрізний комутації. Такий тип комутації називається порогової або адаптивної комутацією.

RISC І ASIC

Найчастіше комутатори з проміжною буферизацією реалізуються на основі стандартних процесорів RISC. Одним з переваг такого підходу є їх відносна дешевизна в порівнянні з комутаторами з інтегральними схемами ASIC, проте він не дуже хороший в разі спеціалізованих додатків. Комутація в таких пристроях здійснюється за допомогою програмного забезпечення, тому їх функціональність може бути змінена за допомогою модернізації встановленого ПО. Недолік же їх в тому, що вони повільніше комутаторів на базі ASIC.

Комутатори з інтегральними схемами ASIC призначені для виконання спеціалізованих завдань: вся їх функціональність "зашита" в апаратне забезпечення. У такому підході є і недолік: коли необхідна модернізація, виробник змушений переробляти схему. ASIC зазвичай здійснюють наскрізну комутацію. Коммутирующая матриця ASIC створює виділені фізичні шляху між вхідним і вихідним портом, як показано на малюнку 1 .

АРХІТЕКТУРА комутатор СТАРШОГО КЛАСУ

Комутатори старшого класу мають, як правило, модульну структуру, і вони можуть здійснювати як комутацію пакетів, так і комутацію осередків. Модулі такого комутатора здійснюють комутацію між мережами різних типів, в тому числі Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI і ATM. При цьому основним механізмом комутації в таких пристроях є комутаційна структура ATM. Ми розглянемо архітектуру таких пристроїв на прикладі Centillion 100 компанії Bay Networks.

Комутація здійснюється за допомогою наступних трьох апаратних компонентів (див. Малюнок 2):

( 1x1 )

Малюнок 2. У комутаторах старшого класу комутація осередків використовується все частіше завдяки її високій швидкості і простоті міграції до ATM.

Кожен модуль комутатора має порти введення / виводу, буферну пам'ять і CellManager ASIC. Крім того, кожен модуль для локальної мережі має також процесор RISC для здійснення комутації кадрів між локальними портами і збирача / розбирача пакетів для перетворення кадрів і осередків один в одного. Всі модулі можуть самостійно здійснювати комутацію між своїми портами, так що тільки трафік, призначений інших модулів, передається через об'єднавчу панель.

Кожен модуль підтримує свою власну таблицю адрес, а головний керуючий процесор зводить їх в одну загальну таблицю, завдяки чому окремий модуль може бачити мережу в цілому. Якщо, наприклад, модуль Ethernet отримує пакет, він визначає, кому цей пакет адресований. Якщо адреса знаходиться в локальній таблиці адрес, то RISC-процесор здійснює комутацію пакета між локальними портами. Якщо адресат знаходиться на іншому модулі, то складальник / разборщик перетворює пакет в осередку. CellManager вказує маску адресата для ідентифікації модуля (-ів) і порту (-ів), яким призначений корисний вантаж осередків. Всякий модуль, біт маски плати якого заданий в масці адресата, копіює осередок в локальну пам'ять і передає дані на відповідний вихідний порт відповідно до заданих битами маски портів.

Побудова ВІРТУАЛЬНИХ МЕРЕЖ

Крім підвищення продуктивності, комутатори дозволяють створювати віртуальні мережі. Одним з методів створення віртуальної мережі є створення широковещательного домену за допомогою логічного з'єднання портів всередині фізичної інфраструктури комунікаційного пристрою (це може бути як інтелектуальний концентратор - конфігураційна комутація, так і комутатор - комутація кадрів). Наприклад, непарні порти восьмипортовий пристрої приписуються до однієї віртуальної мережі, а парні - до іншої. В результаті станція в одній віртуальній мережі виявляється ізольованою від станцій в інший. Недолік такого методу організації віртуальної мережі полягає в тому, що всі станції, підключені до одного й того ж порту, повинні належати до однієї і тієї ж віртуальної мережі.

Інший метод створення віртуальної мережі базується на MAC-адресах приєднаних пристроїв. При такому способі організації віртуальної мережі будь-який співробітник може підключати, наприклад, свій портативний комп'ютер до будь-якого порту комутатора, і він буде автоматично визначати приналежність його користувача до тієї чи іншої віртуальної мережі на основі MAC-адреси. Такий метод дозволяє також користувачам, підключеним до одного порту комутатора, належати до різних віртуальних мереж. Детальніше про віртуальних мережах див. Статтю А. Авдуевский "Такі реальні віртуальні мережі" в березневому номері LAN за цей рік.

КОМУТАЦІЯ ТРЕТЬОГО РІВНЯ

При всіх їх перевагах комутатори мають один суттєвий недолік: вони не в силах захистити мережу від лавин широкомовних пакетів, а це веде до непродуктивної завантаженні мережі і збільшенні часу відгуку. Маршрутизатор можуть контролювати і фільтрувати непотрібний широкомовний трафік, але вони працюють на порядок повільніше. Так, згідно з документацією Case Technologies, типова продуктивність маршрутизатора становить 10 000 пакетів в секунду, а це не йде ні в яке порівняння з аналогічним показником комутатора - 600 000 пакетів в секунду.

В результаті багато виробників стали вбудовувати в комутатори функції маршрутизації. Щоб робота комутатора не забарилася істотно, застосовуються різні методи: наприклад, і комутація другого рівня, і комутація третього рівня реалізуються безпосередньо в апаратному забезпеченні (в інтегральних схемах ASIC). Різні виробники називають цю технологію по-різному, але мета одна: маршрутизирующий комутатор повинен виконувати функції третього рівня з тією ж швидкістю, що і функції другого рівня. Важливим фактором є і ціна такого пристрою в розрахунку на порт: вона теж повинна бути невисока, як і у комутаторів (див. Статтю Ніка Ліппіса в наступному номері журналу LAN).

ВИСНОВОК

Комутатори і конструктивно, і функціонально вельми різноманітні; в одній невеликій статті неможливо охопити всі їх аспекти. У наступному уроці ми детально розглянемо комутатори ATM.