Технологии локальных сетей

Тема 3. Технологии
локальных сетей
Ethernet
Token
Ring, FDDI
Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN
Gigabit Ethernet
Технологии локальных сетей
Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN,
Fast Ethernet, Gigabit Ethernet
– много общего:
Расстояния между узлами сети: 100 м – 2000 м
Единый формат адреса – 6 байт, уникальность
обеспечивается производителем сетевого адаптера
Разделяемая среда для конечных узлов
(компьютеров) – использование методов доступа
Media Access Control (MAC)
Качественные кабели для связи компьютеров:
Высокая скорость протоколов – 10, 16, 100, 1000
Мбит/с
Простая логика протоколов – без восстановления
потерянных и искаженных кадров, так как эти
события крайне редки
Структура стандартов локальных сетей
802.1
Общие определения ЛВС, связь с моделью ISO/OSI
Раздел 802.1D - назначение и реализация мостов
Канальный
уровень
802.2
Логические процедуры передачи кадров
и связь с сетевым уровнем
LLC
802.3
MAC
802.5
Ethernet [CSMA/CD]
Физический
уровень
“толстый”
10Base-5
коаксиал
“тонкий”
коаксиал
Экранированная
витая пара (STP)
4 Мб/с
10Base-2
Неэкранированная
витая пара ( UT P)
Token Ring
10Base-T
Оптоволокно
10Base-F
Витая пара,
оптоволокно
100Base-T
16 Мб/с
Методы доступа к физической среде
(уровень МАС)
Случайный
доступ
Кольцо с маркерным
доступом
(token ring)
Детерминированный
доступ
Шина с маркерным
доступом
(token bus)
Метод случайного доступа Ethernet
Ориентирован на среду типа “общая шина”
 9.6 мксек
Шина
1
2
Коллизия (jam)
3
1
1
Попытка
доступа
Прослушивание
Попытка
доступа
Узел 1
Ожидание
Узел 2
Ожидание
Узел 3
Пауза = L  Интервал отсрочки
L  [0, 2N], N - номер попытки, N  10
Пауза = [0, 1024  Tотсрочки] = [0, 524288] = [0мкс, 0.52с]
Возникновение коллизии
t  t
A
A начинает передавать кадр
B
B начинает передавать кадр
t  t p t
A
B
B обнаруживает коллизию
t  tp
A
B
A обнаруживает коллизию
A
B
tp - задержка распространения сигнала между станциями A и B
Особенности случайного метода доступа
Ethernet
(CSMA/CD – Carrier Sense Multiply Access with
Collision Detection)
Преимущества:
простой алгоритм  дешевая и надежная аппаратура
¨ возможность широковещательной передачи пакетов
Недостатки:
 большие
потери из-за коллизий и ожиданий при нагрузке сети > 50 %
• ограниченная длина сети:
2  (время распространения сигнала между узлами) 
время передачи кадра – иначе коллизия может быть не связана с
передачей своего кадра!
Основные параметры протокола Ethernet
 Битовая скорость
 Интервал отсрочки
 Межкадровый интервал
 Максимальное число попыток передачи
 Максимальное число возрастания
диапазона паузы
10Мб/c
512 бит
9.6 мкс
16
10
 Длина jam-последовательности
32 бита
 Максимальная длина кадра (без
преамбулы)
1518 байт
 Минимальная длина кадра (без преамбулы)
64 байта
(512 бит)
Протокол LLC уровня управления логическим каналом
(802.2)
Заголовок
Ethernet
Кадр LLC
Кадр Ethernet
Три типа процедур LLC:
 LLC1 - сервис без установления соединения и без
подтверждения;
 LLC2 - сервис с установлением соединения и подтверждением;
 LLC3 - сервис
подтверждением.
без
установления
соединения,
но
с
Процедура с восстановлением кадров LLC2
Три типа кадров:
•Информационные – передача данных вместе с квитанциями
•Управляющие – команды и ответы в соединении

Отказ (REJect)

Приемник не готов (Receiver Not Ready, RNR)

Приемник готов (Receiver Ready, RR)
•Ненумерованные – установление соединения
Флаг
01111110
Адрес
точки
входа
сервиса
назначен
ия
(DSAP)
Адрес
точки
входа
сервиса
источник
а (SSAP)
Управляющее
поле
(Control)
Данные
(Data)
Флаг
01111110
Процедура с восстановлением кадров LLC2
Структура поля управления
Тип кадра
Разряды поля управления
1
2
3
4
5
6
Информацион
ный
(Information)
0
Супервизор
ный
(Supervisory)
1
0
S
-
-
Ненумерованн
ый
(Unnumbered)
1
1
M
P/F
M
7
8
N(S)
-
-
9
1
0
1
1
1
2
13
P
/
F
N(R)
P
/
F
N (R)
1
4
1
5
1
6
Форматы кадров Ethernet
Кадр Ethernet DIX (II)
6
6
2
DA
SA
T
46-1500
4
Data
FCS
Данные
Адрес назначения
Тип протокола,
Адрес источника которому предназначены
данные
Контрольная
сумма
Кадр Novell 802.3/ Raw 802.3
6
6
2
DA
SA
L
46-1500
4
Data
FCS
Длина кадра
Кадр 802.3/ LLC – стандарт IEEE
6
6
2
1
1
1(2)
DA
SA
L DSAP SSAP Cont.
Заголовок LLC
46-1497
4
Data
FCS
Тип протокола,
которому предназначены данные
Кадр Ethernet SNAP – универсальный
6
6
2
1
1
DA
SA
L DSAP SSAP Cont. OUI T
Код организации,
стандартизующей значения
поля T,
Код IEEE – 00 00 00
1(2)
3
2
46-1492
Data
4
FCS
Тип протокола,
которому предназначены
данные
Типы адресов Ethernet
¨
индивидуальный - unicast (0 в старшем
разряде)
¨
широковещательный - broadcast (11....1111)
¨
групповой - multicast (10.........)
Использование кадров Ethernet различными
стеками протоколов
Тип кадра
Сетевые протоколы
Ethernet II
IPX, IP, AppleTalk Phase I
Ethernet 802.3
IPX
Ethernet 802.2
IPX, FTAM
Ethernet SNAP
IPX, IP, AppleTalk Phase II
Сеть Ethernet 10 Base-5
до 500 м
Трансивер
Кабель RG6
50 Ом
терминатор
Кабель
(до 50 м)
 100 станций
<= 100 станций в сегменте
Достоинства:
¨
хорошая защищенность кабеля от внешних воздействий
¨
сравнительно большое расстояние между узлами
возможность простого перемещения рабочей станции в пределах длины кабеля AUI
Недостатки:
¨
высокая стоимость кабеля
¨
сложность его прокладки из-за большой жесткости
AUI
Многосегментная сеть Ethernet 10
Base-5
Повторитель
...
Кабель сегмента
Т рансивер
Блок
повторения
Т рансивер
Терминатор
сегмента
Сетевой адаптер
Кабель интерфейса A UI
Правило 5-4-3
Максимум: 5 сегментов (5 x 500 м = 2500 м)
4 повторителя
3 нагруженных сегмента
99 х 3 = 297 станций
Структура сетевого адаптера 10 Base-5
Ethernet
Приемник
РЭ
Детектор
коллизий
РЭ
Данные
Управление
Управление
выходом
(локальное)
РЭ
Передатчик
Управление от
адаптера
РЭ
Данные
Управление
Питание
Земля
К
а
б
е
л
ь
A
U
I
Сеть Ethernet 10 Base-2
до 185 м
50 Ом
терминатор
Кабель RG58С/U
BNC
T-коннектор
Достоинства:
<= 30 станций в сегменте
¨ простота инсталляции и модификаций сети
¨
дешевый кабель
Недостатки:
¨
большое количество контактов – частые отказы сети в целом
¨
сложность обнаружения нарушений физической целостности
 высокая стоимость эксплуатации сети
Сеть Ethernet 10 Base-T
Концентратор
R x Tx
10Base-T
R x Tx
R x Tx
Витая пара
категории 3
Длина  100 м
Разъем
RJ-45
Tx R x
Сетевой адаптер
Tx R x
Станция
Максимальный диаметр
сети: 2500 м
Tx R x
Сети Ethernet 10 Мбит/с на
оптическом волокне
Максимальный диаметр
сети: 2500 м
Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link)
– первый стандарт комитета 802.3 для использования оптоволокна в сетях
Ethernet.
•Максимальное число повторителей между узлами осталось равным 4
•Длина оптоволоконной связи между повторителями - до 1 км
Стандарт 10Base-FL - незначительное улучшение стандарта FOIRL.
Увеличена мощность передатчиков, расстояние между узлом и концентратором
увеличилось до 2000 м.
Стандарт 10Base-FB - предназначен только для соединения повторителей.
Между узлами сети можно установить до 5 повторителей 10Base-FB
Максимальная длина одного сегмента 2740 м
Параметры спецификаций физического уровня
для стандарта Ethernet 10 Мбит/c
10Base-5
10Base-2
10Base-T
10Base-F
толстый
коаксиальный
кабель RG-8
или RG-11
тонкий
коаксиальный
кабель RG-58
неэкранированная витая
пара UTP
Cat3,4,5
многомодовый
волоконнооптический
кабель
Максимальная
длина сегмента
500 м
185 м
100 м
2000 м
Максимальное
расстояние между
узлами сети
(при использовании
повторителей)
2500 м
925 м
500 м
2500 м
(2740 м для
10Base-FB)
100
30
1024
1024
4
4
4
4 (5 для
10 Base-FB)
Кабель
Максимальное
число станций
сегменте
в
Максимальное
число повторителей
между
любыми
станциями сети
Иерархическое соединение концентраторов
Ethernet
Концентратор 1
(хаб)
10Base-FL
10Base-T
10Base-FB
A
Концентратор 2
Концентратор 3
B
C
10Base-T
10Base-T
Концентратор 4
Вся сеть - один домен коллизий
...
Максимизация количества узлов в сети Ethernet
на концентраторах
Корневой
концентратор
Концентратор 1
Концентратор 2
Концентратор 22
Методика расчета сетей Ethernet 10 Мбит/c
Условия корректности сети:
•Количество станций в сети не превышает 1024
•Максимальная длина каждого физического сегмента не превышает величины,
определенной в соответствующем стандарте физического уровня
•Время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя
самыми удаленными друг от друга станциями сети не превышает 575 битовых
интервалов.
•Сокращение межкадрового расстояния IPG (Path Variability Value, PVV) при
прохождении последовательности кадров через все повторители должно быть не
больше, чем 49 битовых интервалов.
Методика расчета сетей Ethernet 10 Мбит/c
500 м
10 Base-FB
Сегмент 3
Концентратор 3
500 м
10 Base-FB
Сегмент 4
Промежуточный сегмент
Концентратор 2
Концентратор 4
1 000 м
10 Base-FL
600 м
10 Base-FB
Сегмент 2
Сегмент 5
Концентратор 1
Сегмент 1 100 м
10 Base-T
Концентратор 5
Правый сегмент
Левый сегмент
Сегмент 6
100 м
10 Base-T
Данные для расчета значения PDV
Тип сегмента
База левого
сегмента
(bt)
База
промежуточ
ного
сегмента
(bt)
База
правого
сегмента
(bt)
Задержка
среды на 1
м
(bt)
Максимальн
ая длина
сегмента
(м)
10Base-5
11.8
46.5
169.5
0.0866
500
10Base-2
11.8
46.5
169.5
0.1026
185
10Base-T
15.3
42.0
165.0
0.113
100
10Base-FB
—
24.0
—
0.1
2000
10Base-FL
12.3
33.5
156.5
0.1
2000
FOIRL
7.8
29.0
152.0
0.1
1000
AUI
(> 2 м)
0
0
0
0.1026
2+48
Технология Token Ring
R ing In
R ing Out
Концентратор
2
1
Метод
маркерного
доступа
3
пакет А
6
4
5
№№
станций
А
*
6
А
*
5
А
*
4
А
B
3
А
2
А
*
1
t1
t2
Станция 1
получила
токен
t3
t4
Копирование
пакета А
в буфер
станции 3.
Отметки в
пакете о
получении
t5
t6
t7
Изъятие
пакета А
из кольца
t8
t9
Токен
получает
станция 2
Технология FDDI
(Fiber Distributed Data Interface)
Цели разработчиков технологии:
Повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мб/с.
Повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур
восстановления ее после отказов различного рода - повреждения
кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения
высокого уровня помех на линии и т.п.
Максимально эффективно использовать потенциальную пропускную
способность сети как для асинхронного, так и для синхронного
(чувствительного к задержкам) трафиков.
Использование кольцевой топологии
для реакции на отказ/обрыв
Обрыв кольца
*
Вторичное кольцо
Первичное кольцо
Протоколы FDDI
Модель OSI
7
Прикладной
6
Представления
5
Сеансовый
4
Транспортный
3
Сетевой
MAC
2
Канальный
PHY
1
Физический
PMD
Протоколы FDDI
LLC 802.2
SMT
Элементы сети FDDI
Станция 1
Класс А
(DAS)
Станция 2
Класс А
(DAS)
Станция 3
Класс А
(DAS)
порт А
Вторичное
кольцо
Первичное
кольцо
порт В
Станция 4
Класс А
Концентратор DAC
порт М
порт S
Станция 5
Класс В
(SAS)
Станция 6
Класс В
(SAS)
Станция 7
Класс В
(SAS)
Пример реакции на обрыв
обрыв
кабеля
Fast Ethernet
802.3u
Подуровень LLC
Подуровень MAC
Согласование
(reconcilliation)
Интерфейс MII
Ф
и
з
и
ч
е
с
к
и
й
100Base-FX
100Base-TX
100Base-T4
у
р
о
в
е
н
ь
оптоволокно
витая пара
витая пара
Стандарты физического уровня Fast Ethernet
100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре
UTP категории 5, или экранированной витой паре STP Type 1, код
4B/5B
100Base-FX
для
многомодового
используется два волокна, код 4B/5B
оптоволоконного
кабеля,
100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой
паре UTP категории 3, 4 или 5, код 8B/6T
Fast Ethernet и Ethernet 10
Форматы кадров технологии Fast Ethernet не отличаются от
форматов кадров технологий 10-Мегабитного Ethernet'a.
Межкадровый интервал IPG равен 0,96 мкс, а битовый интервал
равен 10 нс.
Все временные параметры алгоритма доступа (интервал отсрочки,
время передачи кадра минимальной длины и т.п.), измеренные в
битовых интервалах, не изменились
Признаком свободного состояния среды является передача по ней
символа Idle соответствующего избыточного кода (а не отсутствие
сигналов, как в стандартах Ethernet 10 Мбит/с).
Формат кадра Fast Ethernet
Преамбула
JK Преамбула
Idle
S
F
D
DA
SA
L
Данные
первый байт преамбулы
JK ограничитель начала потока значащих символов
T ограничитель конца потока значащих символов
CRC T
Преамбула
Idle
Соединение устройств Fast Ethernet
1
Передача (1 - 2)
1
2
2
3
3
4
Прием (3 - 6)
5
4
5
6
Двунаправленная пара (4 - 5)
6
7
Двунаправленная пара (7 - 8)
7
8
8
MDI
MDI-X
Сетевой адаптер
Концентратор
Ограничения сети Fast Ethernet на
повторителях класса I
Коммутатор
Fast Ethernet
412 м полудуплекс
Коммутатор
Fast Ethernet
2000 м полный дуплекс
136 м
160 м
Стек повторителей
класса I
Стек повторителей
класса I
136 м
100 м
- оптоволокно
- витая пара
100 м
Gigabit Ethernet
•Формат кадра – прежний
•Существуют полудуплексная (применяется редко) и
полнодуплексные версии
•Минимальный размер кадра увеличен с 64 до 512 байт -> 200 м
домен коллизий
•Введен Burst Mode – несколько кадров можно передавать подряд,
без межкадрового интервала – до 8192 байта, кадры м.б. меньше
512 байт
•Физическая среда:
1000Base-SX (Short Wavelength, 850 нм): многомодовое
волокно - 220/500 м
 1000Base-LX (Long Wavelength, 1300 нм): многомодовое
волокно – 550 м, одномодовое – до 5000 м
Твинаксиал – пара проводников в одном направлении, пара в
другом
Gigabit Ethernet на витой паре
• Параллельная передача по 4 парам категории 5 -> 250 Мбит/c по
одной паре
•Код PAM5: -2, -1, , +1, +2
•5 состояний, 2,322 бита за такт -> тактовую частоту снизили до 125
Гц
•Код PAM5 на тактовой частоте 125 Гц имеет спектр уже, чем 100
МГц – параметр кабеля категории 5
•Полнодуплексный режим достигается за счет одновременной
встречной передачи – принимаемый сигнал определяется DSP как
разность между суммарным сигналом и собственным
Семейство Ethernet
Метод доступа CDMA/CD или Full Duplex
Ф
и
з
и
ч
е
с
к
и
й
у
р
о
в
е
н
ь
Ethernet
10Base-5
10Base-2
Fast
100Base-TX
10Base-T
10Base-FB
Ethernet
100Base-FX
100Base-T4
Gigabit
1000Base-SX
10Base-FL
Ethernet
1000Base-LX
10GB – стандарт активно
разрабатывается, область
применения – магистрали
глобальных сетей
Конкурент SDH
1000Base-TX
Алгоритмы управления очередями
Применение методов теории массового обслуживания (Queuing
Theory) для анализа очередей в сетях
b - среднее время
обслуживания
C бит
t
Модель M|M|1

 = 1/t - интенсивность поступления
заявок-пакетов в обслуживающий
прибор,
скорость поступления данных  x C
 = 1/b - интенсивность выхода заявокпакетов из обслуживающего прибора,
b - среднее время продвижения пакета

Очередь заявокпакетов
r/ коэффициент загрузки
обсл. прибора
Обслуживающий
прибор процессор
маршрутизатора
Алгоритмы управления очередями
Применение методов теории массового обслуживания (Queuing
Theory) для анализа очередей в сетях
b - среднее время
обслуживания
t
При экспоненциальном распределении времен поступления пакетов
A(t)=1-e-t
и экспоненциальном распределении времени обслуживания
B(x)=1-e-x
среднее время ожидания W равно
W = rb/(1 r)
Среднее время ожидания
W
0.5
1
При r< 0.5 задержки близки к 0 - низкая загрузка сети
гарантирует качество обслуживания!
r
Средняя задержка,
мс
Token Ring
10
Token Bus
CSMA / CD
8
6
4
2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Коэффициент
загрузки сети
Вопросы по теме 3
1. Поясните разницу между расширяемостью и
масштабируемостью на примере технологии Ethernet.
2. Что такое коллизия:
(A) ситуация, когда станция, желающая передать пакет,
обнаруживает, что в данный момент другая станция уже
заняла передающую среду
(B) ситуация, когда две рабочие станции одновременно
передают данные в разделяемую передающую среду
Вопросы по теме 3
3. Что такое домен коллизий? Являютися ли обведенные
сегменты сети доменами коллизий ?
Router
router
Switch
Bridge
bridge
switch
Switch
hub
Hub
hub
switch
Switch
Вопросы по теме 3
4. В чем состоят функции преамбулы и начального ограничителя
кадра в стандарте Ethernet?
5. Какие сетевые средства осуществляют jabber control?
6. Чем объясняется, что минимальный размер кадра в стандарте
10Base-5 был выбран равным 64 байтам?
7. Какие типы ошибочных кадров могут встретится в сети
Ethernet?
8. Как величина MTU влияет на работу сети? Какие проблемы
несут слишком длинные кадры? В чем состоит неэффективность
коротких кадров?
9. Как коэффициент загрузки влияет на производительность сети
Ethernet?
10. С чем связано ограничение, известное как правило 4-х хабов?
Тема 4. Оборудование физического и канального уровней
локальных сетей
Структура кабельных подсистем
Горизонтальные
подсистемы
Горизонтальные
подсистемы
Вертикальные
подсистемы
Подсистемы кампуса
Главный
коммуникационный
центр
Здание офисов
Кабельная система этажа
Вертикальная
подсистема
Рабочие места
Горизонтальная подсистема
Концентратор
Этаж 3
Данные
UTP
Кросс
UTP
RJ-45
оптоволокно
RJ-45
UTP
Этаж 2
Голос, видео
RJ-45
RJ-45
Преимущества структурированной
кабельной системы
 Увеличения срока службы. Если все рабочие места уже оснащены
розетками для подключения компьютеров, то срок морального старения
будет составлять 8-10 лет.
 Уменьшение стоимости добавления новых пользователей. Стоимость
кабельной системы: 5-6% от стоимости сети. Основная доля - работы по
прокладке кабеля.
Возможность легкого расширения сети из-за модульности. Новая
подсеть не оказывает влияние на существующие.

Более
эффективное
обслуживание
(поиск
и
локализация
неисправностей).
 Соединение сегментов с помощью концентраторов - централизация
коммуникационного оборудования.

AT&T - SYSTIMAX
IBM Cabling System
Выбор типа кабеля для горизонтальных
подсистем
Выбор:
¨
экранированная витая пара
¨
неэкранированная витая пара
¨
коаксиальный кабель
¨
оптоволоконный кабель
¨
беспроводные линии связи
Характеристики, учитываемые при выборе:
¨
полоса пропускания
¨
расстояние (затухание)
¨
защищенность данных от несанкционированного доступа
¨
электромагнитная помехозащищенность
¨
стоимость
Характеристики кабеля
¨
Перекрестные наводки между витыми парами (Near End Crosstalk, NEXT)
Перекрестные наводки между витыми парами представляют собой результат интерференции
электромагнитных сигналов, возникающих в двух витых парах. Величина NEXT зависит от
частоты передаваемого сигнала - чем выше величина NEXT, тем лучше (для
неэкранированной витой пары категории 5 показатель NEXT должен быть не менее 27 Дб
при частоте 100 МГц).
¨
Затухание (Attenuation). - потеря мощности электрического сигнала при его
распространении по кабелю, измеряется в децибелах на метр. Для кабеля категории 5 при
частоте 100 МГц затухание не должно превышать 23,6 Дб на 100 м.
¨
Импеданс (волновое сопротивление). Импеданс - это полное (активное и реактивное)
сопротивление в электрической цепи.
для коаксиальных кабелей, используемых в стандартах Ethernet, импеданс кабеля должен
составлять 50 Ом
UTP - 100 и 120 Ом
STP - 150 Ом
¨
Активное сопротивление. Активное сопротивление - это сопротивление постоянному
току в электрической цепи. Для неэкранированной витой пары категории 5 активное
сопротивление не должно превышать 9,4 Ом на 100 м.
¨
Емкость - Для кабельных систем категории 5 значение емкости не должно превышать
5,6 нФ на 100 м.
Неэкранированная витая пара
(Unshielded Twisted Pair, UTP)
Полих лорвиниловая
оболочка
М едные провода
Изолляция
¨ Недорогой кабель
¨ С ним просто работать
¨ Имеется большой опыт использования в телефонных системах (за
рубежом)
¨ Может использоваться как для передачи голоса, так и данных
¨ Удовлетворительная электромагнитная защищенность
¨ Стал основным типом кабеля для сетей отделов
¨ Поддерживается большей частью сетевых стандартов
¨ Волновое сопротивление 100 Ом
Категория 3:
Категория 4:
Категория 5:
Категория 5+:
Категория 6:
до 16 МГц
до 20 Мгц
до 100 Мгц
до 100-150 Мгц – не стандартизовано
до 250 Мгц – не стандартизовано
Категория 7 (экран):
до 600 Гц – не стандартизоано
Волоконно-оптический кабель
Внешняя защитная оболочка
Оптоволокно
Стеклянная оболочка
Одномодовое волокно (5 - 15 мкм) - полоса пропускания до нескольких
ГГц
¨ Многомодовое волокно (50, 62.5 мкм) - полоса пропускания около 500
МГц
¨
Большие расстояния (до 100 – 200 км для одномодового кабеля)
Отличная помехозащищенность
Не создает помех
Используется для передачи данных, видео и голоса
Отличная защита от несанкционированного доступа (при отводе резко
возрастает затухание сигнала)
 ¨ Дорог сам по себе, высокая стоимость соединения кабеля с разъемом
 Поддерживается большинством сетевых стандартов. Для горизонтальных
подсистем используется пока редко из-за стоимости





¨
¨
¨
¨
¨
Активное оборудование
физического и канального уровней локальных
сетей
¨
Сетевые адаптеры - обеспечивают сопряжение узлов сети
(компьютеров) с линиями связи.
¨
Повторители (repeaters) - работают на физическом уровне,
улучшают физические характеристики сигналов, удлиняют связи в
сети
¨
Концентраторы (hubs) - центральными узлы обмена
информацией между несколькими конечными станциями сети
сегмента сети. Выполняют функции повторителя.
¨ Мосты (bridges) - локализуют трафик внутри сегментов сетей.
Передают пакет с порта на порт только тогда, когда МАС-адрес
принадлежит этому порту
Коммутаторы (switching) мосты - осуществляют одновременную
передачу пакетов между всеми парами портов по алгоритму моста
Повторители (repeaters) и
концентраторы (hubs)
- Устройства, которые на физическом уровне повторяет (и, как правило,
улучшает их электрические характеристики: форму, мощность) сигналы,
пришедшие на вход одного из портов:
¨ на всех остальных портах (Ethernet)
¨
К другому
повторителю
...
Концентратор: повторитель + дополнительные функции
Соединение концентраторов
-¨
Внутреннее кроссирование
Tx
Rx
1
1
Передать
2
2
3
3
Получить
6
Получить
Rx
Передать
Tx
6
MDI порт
MDI-X порт
( Цепи Передать и Получить
меняются местами)
Внешнее кроссирование
Tx
Rx
1
1
Передать
2
2
3
3
6
6
Получить
MDI порт
Col
2
3
4
5
1
Partition
Link
MDI/MDI-X
Tx
Получить
Rx
MDI порт
Expansion
<Data>
Передать
MDI-X / MDI
2
3
4
Дополнительные функции концентраторов
Автосегментация (partitioning) - отключение
порта при повреждении кабеля данного сегмента
или других ошибочных ситуациях
Поддержка резервных связей:
Резервные связи
между концентраторами
Основные связи
между концентраторами
.
.
.
.
.
Конструктивы коммуникационных
устройств
Стек устройств
Шасси
С фиксированным набором
портов (Standalone)
Стековые концентраторы
Многосегментные
концентраторы
Ethernet 1
Ethernet 2
Ethernet 3
Логическая структуризация локальных
сетей
Преимущества деления сетей на подсети и
сегменты:

Сегментация уменьшает общий сетевой трафик.
 Подсети увеличивают гибкость сети.
 Подсети повышают безопасность данных.
 Подсети упрощают управление сетью
.
Мосты и коммутаторы 2-го
уровня
•Позволяют логически структурировать сеть на
сегменты с локализацией трафика
•Работают на канальном уровне – поддержка
любых протоколов сетевого уровня (IP, IPX)
•Только древовидная топология сети
Мосты
(transparent bridge)
Порт
А дрес
1
1
1
1
1
1
2
3
4
5
2
2
2
2
2
20
21
22
23
24
М ост
Порт 1
Порт 2
2 21
Внутрисегментный
трафик
М ежсегментная
передача кадра
1
2
3
4
Логический сегмент 1
5
20
21
22
23
Логический сегмент 2
24
Структура моста
А дрес
станции
М ост
Н омер
порта
Адресная база
П рограммное
обеспечение
управления
портами
П ротокол
моста
.
.
.
.
.
.
Буферная
память
(кадры)
М икросхемы
M AC
М икросхемы
M AC
Сегмент сети А
Сегмент сети В
.............
.............
Станции
Станции
Таблица моста
Forwarding Table
Address
00608CB17E58
00008101C4DF
* 010081000101
Dispn
LAN B
LAN B
Discard
Address
0000810298D6
+ 000081016A52
* 0180C2000000
Dispn
LAN A
LAN A
Discard
Page 1 of 1
Address
02070188ACA
* 010081000100
* 000081FFD166
Dispn
LAN A
Flood
Flood
Статус адреса
Система не научилась
понимать, что это за адрес
Exit
Next Page
Prev Page
Edit Table
Search Item
+ Unlearned * Static Total Entries = 9 Static Entries = 4
Use cursor keys to choose option. Press <RETURN> to select.
Press <CTRL> <P> to return to Main Menu
Go Page
Влияние замкнутых маршрутов на работу
моста
Узел 10
Сегмент 1
Порт1
Порт1
Мост1
Мост2
Порт2
Порт2
А дрес
Порт
10
10
10
10
.
.
.
1
2
1
2
.
.
.
Сегмент 2
Алгоритм Spanning Tree
Сегмент 1
Корневой
коммутатор
А
Коммутатор
1
А
Коммутатор
2
В
В
А
Коммутатор
3
Сегмент 2
В
А
Коммутатор
4
Активная
конфигурация
В
Сегмент3
А
Коммутатор
5
В
Сегмент 4
С
Сегмент 5
Характеристики моста
Главные характеристики моста типа Transparent:
¨
Количество портов и типы интерфейсов
¨
Размер внутренней адресной таблицы (обычно 500 - 8000)
¨
Скорость фильтрации пакетов (filtering)
¨
Скорость передачи пакетов на другой порт (forwarding)
¨
Размер буфера кадров
Для быстродействующих мостов Ethernet - Ethernet эти ско-рости приближаются к
максимально возможной - 14880 к/с
Для
моста
~148800 к/с
Fast
Ethernet
-
Fast
Ethernet
максимальная
скорость
Дополнительные функции моста
¨
Поддержка алгоритма Spanning Tree (STA) - резервные связи
¨
Соединение сетей с различными протоколами канального уровня (например Ethernet Token Ring)
¨
Поддержка алгоритма маршрутизации от источника (Source Routing Bridge)
¨
Управляемость
¨
Установка пользовательских фильтров
Коммутаторы локальных сетей
1
5
2
6
3
7
4
8
Î áù àÿ ï ðî ï óñêí àÿ ñï î ñî áí î ñòü
ñåãì åí òà ðàâí à 8  10 = 80 Ì á/ñ
Коммутатор:
•параллельная обработка потоков от
портов
•на станцию приходится 10 Мбит/с
Разделяемая среда:
на станцию приходится 10 / N Мбит/с
Структура коммутатора Kalpana
Системный модуль
Управление
Многозадачное
ядро
EPP8
EPP1
Коммутационная
матрица
EPP7
EPP2
EPP6
EPP3
EPP4
EPP5
Передача кадров через коммутационную
матрицу
T
R
R
T
Коммутационная
матрица
Ожидание
Порт
Байты кадра
Процессоры EPP
Полудуплексный режим работы порта
коммутатора – half duplex
Коммутатор
Tx Rx
Домен
коллизий
Rx Tx
Полнодуплексный режим работы порта
коммутатора – full duplex
Коммутатор
T x Rx
Одновременная передача
кадров в двух направлениях
Rx Tx
Транк
100 Мб/с
400 Мб/с
Переполнение буфера порта из-за
несбалансированности трафика
4
5
6
22100 к/с
1
2
3
14880 к/с
Управление потоком в коммутаторах
А. В полудуплексном режиме
•Обратное давление – создание коллизий
•Агрессивное поведение коммутатора
Коммутатор
9,1 мкс
Ожидание
9,1 мкс
Кадр коммутатора1
9,6 мкс
Кадр коммутатора2
9,6 мкс
Компьютер
Кадр 1
Ожидание
Ожидание
В. В полнодуплексном режиме
•Команды XON - XOFF
Реализация коммутаторов
1. Коммутационная матрица
Порт 1
Адрес
назначения
 тэг
Адрес
назначения
 тэг
Вх одные блоки
процессоров портов
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
Коммутационная матрица
000
001
010
011
100
101
110
Порт 8
111
Вых одные блоки
процессоров портов
Реализация коммутаторов
2. Общая шина
Управление буфером
Адрес
назначения
 тэг
Арбитраж
шины
Фильтр
тэгов
.
.
.
Управление буфером
Адрес
назначения
 тэг
Арбитраж
шины
Вх одной блок
процессора порта
Фильтр
тэгов
Вых одной блок
процессора порта
Реализация коммутаторов
3. Разделяемая память
Менеджер
очередей выходных
портов
Адрес назначения
очередь
Разделяемая память
Адрес назначения
очередь
.
.
.
.
.
.
Адрес назначения
очередь
Очереди вых одных портов
Реализация коммутаторов
4. Комбинированный подход
Высокоскоростная шина
ASIC
ASIC
...
...
....
ASIC
...
Применение коммутаторов в
рабочих группах
100
10
Сеть здания на коммутаторах
86
. . .
.
7 этаж
6 этаж
.
.
. . .
.
9
1 этаж
10 Мб/с
100 Мб/с
1000 Мб/с
. . .
.
:
Виртуальные локальные сети
Virtual LAN, VLAN
Цель: построение полностью изолированных подсетей
логическими средствами
VLAN3
VLAN2
VLAN1
VLAN – домен распространения бродкастов
VLAN на одном коммутаторе
Виртуальная
сеть 1
Виртуальная
сеть 2
Виртуальная
сеть 3
Задание VLAN – группировка портов
VLAN на нескольких коммутаторах
К1
К2
Проблема задания VLAN на нескольких коммутаторах
с помощью группировки портов:
сколько VLAN – столько портов для межсоединений
VLAN на нескольких коммутаторах
Способы решения проблемы:
1. Группировка MAC-адресов – большой объем
ручной работы в крупных сетях
2. Использование меток:
•
Фирменные решения
•
Стандарт IEEE 802.1 Q/p
3 бита
12 бит
Заголовок Ethernet Priority N VLAN Data
поля 802.1 Q/p
Сетевые адаптеры
1. Gigabit Ethernet TP - $200
2. Gigabit Ethernet FO - $450
3. 10/100 TP – $20-30
Концентраторы
1. Рабочие группы – 10 Мбит/с, standalone, $8-10 за
порт
2. Рабочие группы – 100 Мбит/с, standalone, $15-20 за
порт
3. Стековые – 10 Мбит/с,
Коммутаторы 2 уровня
1. 10 Мбит/с Standalone – $20-30
2. 10/100 TP Standalone – $30 – 50
3. Стековые 10/100 - $50 -100
Коммутаторы 3
уровня
•
Порты 10/100 TP с поддержкой QoS – $250 – 300
•
Порты GE TP - $1000
•
Порты GE SX - $2000
Вопросы к теме 4
1. Имеются ли отличия в работе сетевых
адаптерах,
соединяющих
компьютер
с
коммутатором или с мостом, или с
концентратором?
2. Как концентратор поддерживает резервные
связи?
3. Приведите примеры дополнительных функций
концентратора, для выполнения которых
концентратору
требуется
информация
протоколов более высоких уровней, чем
физический?
4. Чем модульный концентратор отличается от
стекового?
Вопросы к теме 4
6.
Каким образом мост/коммутатор строит свою внутреннюю таблицу?
7.
Что произойдет, если во время работы моста/коммутатора
произойдет реконфигурация сети, например, будут подключены
новые компьютеры?
8.
О чем говорит размер внутренней адресной таблицы моста? Что
произойдет если таблица переполнится?
9.
Можно ли утверждать, что у любого моста скорости продвижения не
выше скорости фильтрации?
10. Что нужно сделать администратору сети, чтобы мосты, не
поддерживающие алгоритм Spanning Tree, правильно работали в
сети с петлями?
11. Что произойдет, если в сети, построенной на концентраторах,
имеются замкнутые контуры ?
(A) Сеть будет работать нормально
(B) Кадры не будут доходить до адресата
(C) В сети при передаче любого кадра будет возникать коллизия
(D) Произойдет зацикливание кадров