Комутатори в локальній мережі, Журнал мережевих рішень
Комутатори займають центральне місце у сучасних локальних мережах. ТИПИ КОМУТАЦІЇ КОМУТУЮЧІ КОНЦЕНТРАТОРИ МЕТОДИ ОБРОБКИ ПАКЕТІВ RISC І ASIC АРХІТЕКТУРА КОМУТАТОРІВ СТАРШОГО КЛАСУ із найпопулярніших сучасних технологій.
Комутатори займають центральне місце у сучасних локальних мережах.
Комутація – одна з найпопулярніших сучасних технологій. Комутатори витісняють мости і маршрутизатори на периферію локальних мереж, залишаючи їх роль організації зв'язку через глобальну мережу. Така популярність комутаторів обумовлена в першу чергу тим, що вони дозволяють за рахунок мікросегментації підвищити продуктивність мережі в порівнянні з мережами, що розділяються, з тією ж номінальною пропускною здатністю. Крім поділу мережі на дрібні сегменти, комутатори дають можливість організувати підключені пристрої в логічні мережі та легко перегруповувати їх, коли це необхідно; інакше кажучи, вони дозволяють створювати віртуальні мережі.
ТИПИ КОМУТАЦІЇ
Під комутацією зазвичай розуміють чотири різні технології - конфігураційну комутацію, комутацію кадрів, комутацію осередків та перетворення між кадрами та осередками.
Конфігураційна комутація відома також як комутація портів, причому конкретний порт на модулі інтелектуального концентратора приписується до одного з внутрішніх сегментів Ethernet (або Token Ring). Це призначення здійснюється віддаленим чином за допомогою програмного управління мережею при підключенні або переміщенні користувачів та ресурсів у мережі. На відміну від інших технологій комутації, цей метод не підвищує продуктивності локальної мережі, що розділяється.
Комутація кадрів або комутація в локальній мережі використовує стандартні формати кадрів Ethernet (або Token Ring). Кожен кадр обробляється найближчим комутатором і передається далі мережею безпосередньо одержувачу. В результаті мережа перетворюється як би на сукупність паралельно працюючих високошвидкісних прямих каналів. Те, як здійснюється комутація кадрів усередині комутатора, ми розглянемо нижче на прикладі концентратора, що комутує.
Комутація осередків застосовується в ATM. Використання невеликих осередків фіксованої довжини дає можливість створити недорогі високошвидкісні структури комутації на апаратному рівні. І комутатори кадрів, і комутатори осередків можуть підтримувати кілька незалежних робочих груп незалежно від їхнього фізичного підключення (див. розділ "Побудова віртуальних мереж").
Перетворення між кадрами і осередками дозволяє, наприклад, станції з платою Ethernet безпосередньо взаємодіяти з пристроями мережі ATM. Ця технологія застосовується під час емуляції локальної мережі.
У цьому уроці нас насамперед цікавитиме комутація кадрів.
КОМУТУЮЧІ КОНЦЕНТРАТОРИ
Перший комутуючий концентратор за назвою EtherSwictch був представлений компанією Kalpana. Цей концентратор дозволяв зменшити конкуренцію в мережі за рахунок скорочення числа вузлів у логічному сегменті за допомогою технології мікросегментації. По суті, кількість станцій в одному сегменті скорочувалася до двох: станція, що ініціює запит, та станція, що відповідає на запит. Жодна інша станція не бачить інформацію, що передається між ними. Пакети передаються через мост, але без властивої мосту затримки.
(1x1)
МЕТОДИ ОБРОБКИ ПАКЕТІВ
Крім двох перерахованих вище, деякі комутатори використовуютьгібридний метод. У звичайних умовах вони здійснюють наскрізну комутацію, але при цьому стежать за кількістю помилок у вигляді перевірки контрольних сум. Якщо кількість помилок досягає заданого граничного значення, вони переходять у режим комутації з проміжною буферизацією. При зниженні числа помилок до рівня вони повертаються в режим наскрізної комутації. Такий тип комутації називається граничною або адаптивною комутацією.
RISC І ASIC
Найчастіше комутатори із проміжною буферизацією реалізуються на основі стандартних процесорів RISC. Однією з переваг такого підходу є їхня відносна дешевизна порівняно з комутаторами з інтегральними схемами ASIC, проте він не дуже гарний у разі спеціалізованих додатків. Комутація в таких пристроях здійснюється за допомогою програмного забезпечення, тому їхня функціональність може бути змінена за допомогою модернізації встановленого ПЗ. Недолік же їх у тому, що вони повільніші за комутатори на базі ASIC.
Комутатори з інтегральними схемами ASIC призначені для виконання спеціалізованих завдань: вся їхня функціональність "зашита" в апаратне забезпечення. У такому підході є й недолік: коли потрібна модернізація, виробник змушений переробляти схему. ASIC зазвичай здійснюють наскрізну комутацію. Комутуюча матриця ASIC створює виділені фізичні шляхи між вхідним та вихідним портом, як показано на малюнку 1.
АРХІТЕКТУРА КОМУТАТОРІВ 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, зокрема Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI і ATM. При цьомуосновним механізмом комутації у таких пристроях є комутаційна структура ATM. Розглянемо архітектуру таких пристроїв на прикладі Centillion 100 компанії Bay Networks.
Комутація здійснюється за допомогою наступних трьох апаратних компонентів (див. рисунок 2):
Малюнок 2.У комутаторах старшого класу комутація осередків використовується все частіше завдяки її високій швидкості та простоті міграції до ATM.
Кожен модуль комутатора має порти вводу/виводу, буферну пам'ять та CellManager ASIC. Крім того, кожен модуль для локальної мережі має також процесор RISC для здійснення комутації кадрів між локальними портами та збирача/розбирача пакетів для перетворення кадрів та осередків один в одного. Всі модулі можуть самостійно здійснювати комутацію між своїми портами, тому лише трафік, призначений іншим модулям, передається через об'єднувальну панель.
ПОБУДУВАННЯ ВІРТУАЛЬНИХ МЕРЕЖ
Крім підвищення продуктивності, комутатори дозволяють створювати віртуальні мережі. p align="justify"> Одним з методів створення віртуальної мережі є створення широкомовного 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 восьмипортового пристроюприписуються до однієї віртуальної мережі, а парні – до іншої. В результаті станція в одній віртуальній мережі виявляється ізольованою від станцій до іншої. Недолік такого методу організації віртуальної мережі полягає в тому, що всі станції, підключені до одного і того ж порту, повинні належати до однієї віртуальної мережі.
КОМУТАЦІЯ ТРЕТЬОГО РІВНЯ
За всіх їх переваг комутатори мають один істотний недолік: вони не в силах захистити мережу від лавин широкомовних пакетів, а це веде до непродуктивного завантаження мережі і збільшення часу відгуку. Маршрутизатори можуть контролювати та фільтрувати непотрібний широкомовний трафік, але вони працюють на порядок повільніше. Так, згідно з документацією Case Technologies, типова продуктивність маршрутизатора становить 10 000 пакетів на секунду, а це не йде в жодне порівняння з аналогічним показником комутатора - 600 000 пакетів на секунду.
В результаті багато виробників стали вбудовувати в комутатори функції маршрутизації. Щоб робота комутатора не сповільнилася 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: комутатор, що маршрутизує, 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 має бути невисокою, як і у комутаторів (див. статтю Ніка Ліппіса в наступному номері журналу LAN).
ВИСНОВОК
Комутатори і конструктивно, і функціонально дуже різноманітні; в одній невеликій статті неможливо охопити всеїхні аспекти. У наступному уроці ми докладно розглянемо комутатори ATM.
Поділіться матеріалом з колегами та друзями