авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 12 | 13 || 15 | 16 |   ...   | 30 |

«С^ППТЕР В. Олифер Н. Олифер Компьютерные сети Принципы, технологии, протоколы 4-е издание РЕКОМЕНДОВАНО ...»

-- [ Страница 14 ] --

Хотя возможность перегрузки по-прежнему существует, для этого необходимо, чтобы более чем 10 пользователей одновременно обменивались с сервером данными со средней скоростью, близкой к максимальной скорости их соединений — а такое событие достаточно маловероятно.

Пользовательские компьютеры Сервер Рис. 13.16. Коммутатор рабочей группы Из приведенного примера видно, что вероятность перегрузки портов коммутаторов зависит от распределения трафика между его портами, кроме того, понятно, что даже при хорошем 424 Глава 13. Коммутируемые сети Ethernet соответствии скорости портов наиболее вероятному распределению трафика полностью исключить перегрузки невозможно.

Поэтому в общем случае для уменьшения потерь кадров из-за перегрузок нужно применять оба средства: подбор скорости портов для наиболее вероятного распределения трафика в сети и протокол 802.3х для снижения скорости источника трафика в тех случаях, когда перегрузки все-таки возникают.

Характеристики производительности коммутаторов Скорости фильтрации и продвижения кадров — две основные характеристики произво дительности коммутатора. Эти характеристики являются интегральными, они не зависят от того, каким образом технически реализован коммутатор.

Скорость фильтрации — это скорость, с которой коммутатор выполняет следующие этапы обработки кадров:

1. Прием кадра в свой буфер.

2. Просмотр адресной таблицы с целью нахождения порта для адреса назначения кадра.

3. Уничтожение кадра, так как его порт назначения и порт источника принадлежат одному логическому сегменту.

Скорость фильтрации практически у всех коммутаторов блокирующим фактором не яв ляется — коммутатор успевает отбрасывать кадры в темпе их поступления.

Скорость продвижения — это скорость, с которой коммутатор выполняет следующие этапы обработки кадров.

1. Прием кадра в свой буфер.

2. Просмотр адресной таблицы с целью нахождения порта для адреса назначения кадра.

/ 3. Передача кадра в сеть через найденный по адресной таблице порт назначения.

Как скорость фильтрации, так и скорость продвижения измеряются обычно в кадрах в се кунду. Если в характеристиках коммутатора не уточняется, для какого протокола и для какого размера кадра приведены значения скоростей фильтрации и продвижения, то по умолчанию считается, что эти показатели даются для протокола Ethernet и кадров мини мального размера, то есть кадров длиной 64 байт. Как мы уже обсуждали, режим передачи кадров минимальной длины используется как наиболее сложный тест, который должен подтвердить способность коммутатора работать при наихудшем сочетании параметров трафика.

Задержка передачи кадра измеряется как время, прошедшее с момента прихода перво го байта кадра на входной порт коммутатора до момента появления этого байта на его выходном порту.

Задержка складывается из времени, затрачиваемого на буферизацию байтов кадра, и времени, затрачиваемого на обработку кадра коммутатором — просмотр адресной таблицы, принятие решения о фильтрации или продвижении, получение доступа к среде выходного порта. Величина вносимой коммутатором задержки зависит от режима его работы. Если коммутация осуществляется «на лету», то задержки обычно невелики и составляют от 5 до 40 мкс, а при полной буферизации кадров — от 50 до 200 мкс для кадров минимальной длины при передаче со скоростью 10 Мбит/с. Коммутаторы, под Коммутаторы держивающие более скоростные версии Ethernet, вносят меньшие задержки в процесс продвижения кадров.

Производительность коммутатора определяется количеством пользовательских дан ных, переданных в единицу времени через его порты, и измеряется в мегабитах в секунду (Мбит/с). Так как коммутатор работает на канальном уровне, для него пользовательски ми данными являются те данные, которые переносятся в поле данных кадров Ethernet.

Максимальное значение производительности коммутатора всегда достигается на кадрах максимальной длины, так как при этом доля накладных расходов на служебную информа цию кадра минимальна. Коммутатор — это многопортовое устройство, поэтому для него в качестве характеристики принято давать максимальную суммарную производительность при одновременной передаче трафика по всем его портам.

Еще одной важной конструктивной характеристикой коммутатора является максимальная емкость адресной таблицы. Она определяет предельное количество МАС-адресов, которыми может одновременно оперировать коммутатор.

Для выполнения операций каждого порта в коммутаторах чаще всего используется вы деленный процессорный блок со своей памятью для хранения собственного экземпляра адресной таблицы. Каждый порт хранит только те наборы адресов, с которыми он работал в последнее время, поэтому экземпляры адресной таблицы разных процессорных модулей, как правило, не совпадают.

Значение максимального числа МАС-адресов, которое может запомнить процессор порта, зависит от области применения коммутатора. Коммутаторы рабочих групп обычно под держивают всего несколько адресов на порт, так как они предназначены для образования микросегментов. Коммутаторы отделов должны поддерживать несколько сотен адресов, а коммутаторы магистралей сетей — до нескольких тысяч (обычно 4000-8000 адресов).

Недостаточная емкость адресной таблицы может служить причиной замедления работы коммутатора и засорения сети избыточным трафиком. Если адресная таблица процессора порта полностью заполнена, а он встречает новый адрес источника в поступившем кадре, процессор должен удалить из таблицы какой-либо старый адрес и поместить на его место новый. Эта операция сама по себе отнимает у процессора часть времени, но главные потери производительности наблюдаются при поступлении кадра с адресом назначения, кото рый пришлось удалить из адресной таблицы. Так как адрес назначения кадра неизвестен, коммутатору приходится передавать этот кадр на все остальные порты. Некоторые про изводители коммутаторов решают эту проблему за счет изменения алгоритма обработки кадров с неизвестным адресом назначения. Один из портов коммутатора конфигурируется как магистральный порт, на который по умолчанию передаются все кадры с неизвестным адресом1. Передача кадра на магистральный порт производится в расчете на то, что этот порт подключен к вышестоящему коммутатору (при иерархическом соединении коммута торов в крупной сети), который имеет достаточную емкость адресной таблицы и «знает», куда можно передать любой кадр.

В маршрутизаторах такой прием применяется давно, позволяя сократить размеры адресных таблиц в сетях, о р г а н и з о в а н н ы х д о и е р а р х и ч е с к о м у п р и н ц и п у.

426 Глава 13. Коммутируемые сети Ethernet Скоростные версии Ethernet Скорость 10 Мбит/с первой стандартной версии Ethernet долгое время удовлетворяла по требности пользователей локальных сетей. Однако в начале 90-х годов начала ощущаться недостаточная пропускная способность Ethernet, так как скорость обмена с сетью стала существенно меньше скорости внутренней шины компьютера. Кроме того, начали по являться новые мультимедийные приложения, гораздо более требовательные к скорости сети, чем их текстовые предшественники. В поисках решения проблемы ведущие произ водители сетевого оборудования начали интенсивные работы по повышению скорости Ethernet при сохранении главного достоинства этой технологии — простоты и низкой стоимости оборудования.

Результатом стало появление новых скоростных стандартов Ethernet: Fast Ethernet (скорость 100 Мбит/с), Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с, или 1 Гбит/с) и 10G Ethernet (10 Гбит/с). На время написания этой книги два новых стандарта — 40G Ethernet и 100G Ethernet — находились в стадии разработки, обещая следующее десятикратное превышение верхней границы производительности Ethernet.

Разработчикам новых скоростных стандартов Ethernet удалось сохранить основные чер ты классической технологии Ethernet и, прежде всего, простой способ обмена кадрами без встроенных в технологию сложных контрольных процедур. Этот фактор оказался решающим в соревновании технологий локальных сетей, так как выбор пользователей всегда склонялся в пользу простого наращивания скорости сети, а не в пользу решений, связанных с более эффективным расходованием той же самой пропускной способности с помощью более сложной и дорогой технологии. Примером такого подхода служит пере ход с оборудования Fast Ethernet на Gigabit Ethernet вместо перехода на оборудование ATM со скоростью 155 Мбит/с. Несмотря на значительную разницу в пропускной способ ности (1000 Мбит/с против 155 Мбит/с), оба варианта обновления сети примерно равны по степени положительного влияния на «самочувствие» приложений, так как Gigabit Ethernet достигает нужного эффекта за счет равного повышения доли пропускной спо собности для всех приложений, a ATM перераспределяет меньшую пропускную способ ность более тонко, дифференцируя ее в соответствии с потребностями приложений. Тем не менее пользователи предпочли не вдаваться в детали и тонкости настройки сложного оборудования, когда можно просто применить знакомое и простое, но более скоростное оборудование Ethernet.

Значительный вклад в «победу» Ethernet внесли также коммутаторы локальных сетей, так как их успех привел к отказу от разделяемой среды, где технология Ethernet всегда была уязвимой из-за случайного характера метода доступа. Начиная с версии 10G Ethernet, раз работчики перестали включать вариант работы на разделяемой среде в описание стандарта.

Коммутаторы с портами Fast Ethernet, Gigabit Ethernet и 10G Etherhet работают по одному и тому же алгоритму, описанному в стандарте IEEE 802.ID. Возможность комбинировать порты с различными скоростями в диапазоне от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с делает коммута торы Ethernet гибкими и эффективными сетевыми устройствами, позволяющими строить разнообразные сети.

Повышение скорости работы Ethernet было достигнуто за счет улучшения качества кабе лей, применяемых в компьютерных сетях, а также совершенствования методов кодирова ния данных при их передаче по кабелям, то есть за счет совершенствования физического уровня технологии.

Скоростные версии Ethernet Fast Ethernet История создания В 1992 году группа производителей сетевого оборудования, включая таких лидеров тех нологии Ethernet, как SynOptics, 3Com и ряд других, образовала некоммерческое объеди нение Fast Ethernet Alliance для разработки стандарта новой технологии, которая должна была обеспечить резкое повышение производительности при максимально возможном сохранении особенностей технологии Ethernet.

В комитете 802 института IEEE в это же время была сформирована исследовательская группа для изучения технического потенциала новых высокоскоростных технологий.

За период с конца 1992 года и по конец 1993 года группа IEEE изучила 100-мегабитные решения, предложенные различными производителями. Наряду с предложениями Fast Ethernet Alliance группа рассмотрела также и высокоскоростную технологию, предложен ную компаниями Hewlett-Packard и AT&T.

В центре дискуссий была проблема сохранения метода случайного доступа CSMA/CD.

Предложение Fast Ethernet Alliance сохраняло этот метод и тем самым обеспечивало преем ственность и согласованность сетей со скоростями 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Коалиция HP и AT&T, которая заручилась поддержкой значительно меньшего числа производителей в се тевой индустрии, чем Fast Ethernet Alliance, предложила совершенно новый метод доступа, названный приоритетным доступом по требованию (demand priority). Он существенно менял картину поведения узлов в сети, поэтому не смог вписаться в технологию Ethernet и стандарт 802.3;

для его стандартизации был организован новый комитет IEEE 802.12.

Осенью 1995 года обе технологии стали стандартами IEEE. Комитет IEEE 802.3 принял спецификацию Fast Ethernet в качестве стандарта 802.3и, который не является самостоя тельным стандартом, а представляет собой дополнение к существующему стандарту 802. в виде глав с 21 по 30. Комитет 802.12 принял технологию 100VG-AnyLAN, в которой использовался приоритетный доступ по требованию и поддерживались кадры двух фор матов — Ethernet и Token Ring.

Технологии Fast Ethernet и 100VG-AnyLAN в первые месяцы своего существования рас сматривались как равные соперники, но очень скоро стало ясно, что пользователи предпо читают более простую и знакомую технологию Fast Ethernet. Вскоре технология 100VG AnyLAN прекратила свое существование;

немаловажным фактором этого стал и переход локальных сетей на полностью коммутируемые версии, сводящий «на нет» преимущества более совершенного метода доступа технологии 100VG-AnyLAN.

Физические уровни технологии Fast Ethernet Все отличия технологий Fast Ethernet и Ethernet сосредоточены на физическом уровне (рис. 13.17). Уровни MAC и LLC в Fast Ethernet остались абсолютно теми же, и их опи сывают прежние главы стандартов 802.3 и 802.2. Поэтому, рассматривая технологию Fast Ethernet, мы будем изучать только несколько вариантов ее физического уровня.

Организация физического уровня технологии Fast Ethernet является более сложной, по скольку в ней используются три варианта кабельных систем:

• волоконно-оптический многомодовый кабель (два волокна);

• витая пара категории 5 (две пары);

• витая пара категории 3 (четыре пары).

428 Глава 13. Коммутируемые сети Ethernet Стек протоколов Стек протоколов Ethernet Fast Ethernet Рис. 13.17. Отличия технологий Fast Ethernet и Ethernet Коаксиальный кабель, давший миру первую сеть Ethernet, в число разрешенных сред передачи данных новой технологии Fast Ethernet не попал. Это общая тенденция многих новых технологий, поскольку на небольших расстояниях витая пара категории 5 позволяет передавать данные с той же скоростью, что и коаксиальный кабель, но сеть получается более дешевой и удобной в эксплуатации. На больших расстояниях оптическое волокно обладает гораздо более широкой полосой пропускания, чем коаксиал, а стоимость сети получается ненамного выше, особенно если учесть высокие затраты на поиск и устранение неисправностей в крупной кабельной коаксиальной системе.

Официальный стандарт 802.3 установил три различных спецификации для физического уровня Fast Ethernet и дал им следующие названия (рис. 13.18):

• 100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории или экранированной витой паре STP типа 1;

• 100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP кате гории 3,4 или 5;

• 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля с двумя волокнами.

Для всех трех стандартов справедливы перечисленные далее утверждения и характери стики.

Форматы кадров технологии Fast Ethernet не отличаются от форматов кадров технологий 10 мегабитной сети Ethernet.

Скоростные версии Ethernet Подуровень LLC Подуровень MAC Согпасование Интерфейс Mil 100Base-T 100Base-FX 100Base-TX Физический уровень ^ Оптоволокно ^ Витая пара ^ ^ Витая пара ^ Рис. 13.18. Структура физического уровня Fast Ethernet Межкадровый интервал равен 0,96 мкс, а битовый интервал — 10 не. Все временное параметры алгоритма доступа (интервал отсрочки, время передачи кадра минимальной длины и т. п.), из меренные в битовых интервалах, остались прежними.

Признаком свободного состояния среды является передача по ней символа простоя источни ка — соответствующего избыточного кода (а не отсутствие сигналов, как в стандартах Ethernet со скоростью 10 Мбит/с).

Физический уровень включает три элемента.

• Независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, Mil).

• Уровень согласования нужен для того, чтобы уровень MAC, рассчитанный на интер фейс AUI, мог работать с физическим уровнем через интерфейс MIL • Устройство физического уровня (Physical Layer Device, PHY) состоит, в свою очередь, из нескольких подуровней (см. рис. 13.17):

О подуровня логического кодирования данных, преобразующего поступающие от уровня MAC байты в символы кода 4В/5В или 8В/6Т (первый метод кодирования используются в версиях 100Base-TX и 100Baase-FX, второй — в версии lOOBase Т4);

О подуровней физического присоединения и зависимости от физической среды (PMD), которые обеспечивают формирование сигналов в соответствии с методом физического кодирования, например NRZI или MLT-3;

О подуровня автопереговоров, который позволяет двум взаимодействующим портам автоматически выбрать наиболее эффективный режим работы, например полуду плексный или дуплексный (этот подуровень является факультативным).

Интерфейс МП поддерживает независимый от физической среды способ обмена данными между подуровнем MAC и подуровнем PHY. Этот интерфейс аналогичен по назначению интерфейсу AUI классического стандарта Ethernet за исключением того, что интерфейс AUI располагался между подуровнем физического кодирования сигнала (для любых вари антов кабеля использовался одинаковый метод физического кодирования — манчестерский код) и подуровнем физического присоединения к среде, а интерфейс МИ располагается 430 Глава 13. Коммутируемые сети Ethernet между подуровнем MAC и подуровнями кодирования сигнала, которых в стандарте Fast Ethernet три: FX, ТХ и Т4.

Версия 100Base-T4 носила промежуточный характер, так как она позволяла повысить скорость классического варианта Ethernet в 10 раз, не меняя кабельную систему здания.

Так как большинство предприятий и организаций достаточно быстро заменили кабели категории 3 кабелями категории 5, то необходимость в версии 100Base-T4 отпала, и обо рудование с такими портами перестало выпускаться. Поэтому далее мы рассмотрим детали только спецификаций 100Base-FX и 100Base-TX.

Спецификация 100Base-FX определяет работу протокола Fast Ethernet по многомодово му оптоволокну в полудуплексном и дуплексном режимах. В то время как в Ethernet со скоростью передачи 10 Мбит/с используется манчестерское кодирование для представ ления данных, в стандарте Fast Ethernet определен другой метод кодирования — 4В/5В, который мы рассматривали в главе 9. Этот метод к моменту разработки технологии Fast Ethernet уже показал свою эффективность в^етях FDDI, поэтому он без изменений был перенесен в спецификацию 100Base-FX/TX. Напомним, что в этом методе каждые четыре бита данных подуровня MAC (называемых символами) представляются пятью битами.

Избыточный бит позволяет применить потенциальные коды при представлении каждого из пяти битов в виде электрических или оптических импульсов.

Существование запрещенных комбинаций символов позволяет отбраковывать ошибочные символы, что повышает устойчивость работы сетей 100Base-FX/TX. Так, в Fast Ethernet признаком того, что среда свободна, стала повторяющаяся передача одного из запрещенных для кодирования пользовательских данных символа, а именно символа простоя источника Idle (11111). Такой способ позволяет приемнику всегда находиться в синхронизме с пере датчиком.

Для отделения кадра Ethernet от символов простоя источника используется комбинация символов начального ограничителя кадра — пара символов J (11000) и К (10001) кода 4В/5В, а после завершения кадра перед первым символом простоя источника вставляется символ Г (рис. 13.19).

Преамбула Преамбула JK Преамбула ! SFD Данные DA SA L CRC T Idle i Idle Первый байт преамбулы JK — ограничитель начала потока значащих символов Т — ограничитель конца потока значащих символов Рис. 13.19. Непрерывный поток данных спецификаций 100Base-FX/TX После преобразования 4-битных порций кодов MAC в 5-битные порции физического уров ня их необходимо представить в виде оптических или электрических сигналов в кабеле, соединяющем узлы сети. В спецификациях 100Base-FX и 100Base-TX для этого исполь зуются, соответственно, методы физического кодирования NRZI и MLT-3.

В спецификации 100Base-TX в качестве среды передачи данных используется витая пара UTP категории 5 или STP типа 1. Основным отличием от спецификации 100Base-FX (на ряду с методом кодирования MLT-3) является наличие схемы автопереговоров для выбора режима работы порта, Схема автопереговоров позволяет двум физически соединенным устройствам, которые поддерживают несколько стандартов физического уровня, отличающихся битовой скоро стью и количеством витых пар, согласовать наиболее выгодный режим работы. Обычно Скоростные версии Ethernet процедура автопереговоров происходит при подсоединении сетевого адаптера, который может работать на скоростях 10 и 100 Мбит/с, к концентратору или коммутатору.

Всего в настоящее время определено 5 различных режимов работы, которые могут под держивать устройства 100Base-TX/T4 на витых парах:

• 10Base-T;

• дуплексный режим 10Base-T;

• 100Base-TX;

• 100Base-T4;

• дуплексный режим 100Base-TX.

Режим 10Base-T имеет самый низкий приоритет в переговорном процессе, а дуплексный режим 100Base-TX — самый высокий.

Переговорный процесс происходит при включении питания устройства, а также может быть инициирован в любой момент модулем управления устройства. Устройство, начав шее процесс автопереговоров, посылает своему партнеру пачку специальных импульсов FLP (Fast Link Pulse), в которой содержится 8-битное слово, кодирующее предлагаемый режим взаимодействия, начиная с самого приоритетного, поддерживаемого данным узлом.

Импульсы FLP имеют длительность 100 не, как и импульсы LIT, используемые для те стирования целостности физического соединения в стандарте 10Base-T, однако вместо передачи одного импульса LIT через каждые 16 мс, здесь через тот же интервал передается пачка импульсов FLP.

Если узел-партнер имеет функцию автопереговоров и также способен поддерживать пред ложенный режим, он отвечает пачкой импульсов FLP, в которой подтверждает этот режим, и на этом переговоры заканчиваются. Если же узел-партнер не может поддерживать запро шенный режим, то он указывает в своем ответе имеющийся в его распоряжении следующий по степени приоритетности режим, и этот режим выбирается в качестве рабочего.

Характеристики производительности Fast Ethernet определяются аналогично характе ристикам версии со скоростью Ethernet 10 Мбит/с с учетом неизменного формата кадра, умножения на 10 битовой скорости (в 10 раз больше) и межкадрового интервала (в 10 раз меньше). В результате получаем:

• максимальная скорость протокола в кадрах в секунду (для кадров минимальной длины с полем данных 46 байт) составляет 148 800;

• полезная пропускная способность для кадров минимальной длины равна 54,8 Мбит/с;

• полезная пропускная способность для кадров максимальной длины (поле данных 1500 байт) равна 97,6 Мбит/с.

Gigabit Ethernet История создания Достаточно быстро после появления на рынке продуктов Fast Ethernet сетевые интеграто ры и администраторы при построении корпоративных сетей почувствовали определенные ограничения. Во многих случаях серверы, подключенные по 100-мегабитному каналу, перегружали магистрали сетей, также работающие на скорости 100 Мбит/с — магистрали FDDI и Fast Ethernet. Ощущалась потребность в следующем уровне иерархии скоростей.

432 Глава 13. Коммутируемые сети Ethernet В 1995 году более высокие скорости могли предоставить только коммутаторы ATM, кото рые из-за высокой стоимости, а также значительных отличий от классических технологий применялись в локальных сетях достаточно редко.

Поэтому логичным выглядел следующий шаг, сделанный IEEE. Летом 1996 года было объявлено о создании группы 802.3z для разработки протокола, в максимальной степени подобного Ethernet, но с битовой скоростью 1000 Мбит/с. Как и в случае Fast Ethernet, сообщение было воспринято сторонниками Ethernet с большим энтузиазмом.

Основной причиной энтузиазма была перспектива плавного перевода сетевых магистралей на Gigabit Ethernet, подобно тому, как были переведены на Fast Ethernet перегруженные сегменты Ethernet, расположенные на нижних уровнях иерархии сети. К тому же опыт передачи данных на гигабитных скоростях уже имелся. В территориальных сетях такую скорость обеспечивала технология SDH, а в локальных — технология Fibre Channel. По следняя используется в основном для подключения высокоскоростной периферии к круп ным компьютерам и передает данные по волоконно-оптическому кабелю со скоростью, близкой к гигабитной. (Именно метод кодирования 8В/10В, применяемый в технологии Fiber Channel, был принят в качестве первого варианта физического уровня Gigabit Ethernet.) Стандарт 802.3z был окончательно принят в 1998 году. Работы по реализации Gigabit Ethernet на витой паре категории 5 были переданы проблемной группе 802.3ab ввиду слож ности обеспечения гигабитной скорости на этом типе кабеля, рассчитанного на поддержку скорости 100 Мбит/с. Проблемная группа 802.3ab успешно справилась со своей задачей, и версия Gigabit Ethernet для витой пары категории 5 была принята.

Проблемы совместимости Основная идея разработчиков стандарта Gigabit Ethernet состояла в максимальном со хранении идей классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости в 1000 Мбит/с.

В результате дебатов были приняты следующие решения:

• сохраняются все форматы кадров Ethernet;

• по-прежнему существует полудуплексная версия протокола, поддерживающая метод доступа CSMA/CD;

• поддерживаются все основные виды кабелей, используемых в Ethernet и Fast Ethernet, в том числе волоконно-оптический кабель, витая пара категории 5, экранированная витая пара.

Несмотря на то что в Gigabit Ethernet не стали встраиваться новые функции, поддержание даже достаточно простых функций классического стандарта Ethernet на скорости 1 Гбит/с потребовало решения нескольких сложных задач.

• Обеспечение приемлемого диаметра сети для работы на разделяемой среде. В связи с ограничениями, накладываемыми методом CSMA/CD на длину кабеля, версия Gigabit Ethernet для разделяемой среды допускала бы длину сегмента всего в 25 м при сохранении размера кадров и всех параметров метода CSMA/CD неизменными. Так как существует большое количество применений, требующих диаметра сети хотя бы 200 м, Скоростные версии Ethernet необходимо было каким-то образом решить эту задачу за счет минимальных изменений в технологии Fast Ethernet.

• Достижение битовой скорости 1000 Мбит/с на оптическом кабеле. Технология Fibre Channel, физический уровень которой был взят за основу оптоволоконной версии Gigabit Ethernet, обеспечивает скорость передачи данных всего в 8Ю0 Мбит/с.

• Использование в качестве кабеля витой пары. Такая задача на первый взгляд кажется неразрешимой — ведь даже для 100-мегабитных протоколов требуются достаточно сложные методы кодирования, чтобы уложить спектр сигнала в полосу пропускания кабеля.

Для решения этих задач разработчикам технологии Gigabit Ethernet пришлось внести из менения не только в физический уровень, как это было в случае Fast Ethernet, но и в уро вень MAC.

Средства обеспечения диаметра сети в 200 м на разделяемой среде Для расширения максимального диаметра сети Gigabit Ethernet до 200 м в полудуплексном режиме разработчики технологии предприняли достаточно естественные меры, в основе которых лежало известное соотношение времени передачи кадра минимальной длины и времени оборота (PDV).

Минимальный размер кадра был увеличен (без учета преамбулы) с 64 до 512 байт, или до 4096 бит. Соответственно, время оборота также можно было увеличить до 4095 битовых интервалов, что при использовании одного повторителя сделало допустимым диаметр сети около 200 м.

Для увеличения длины кадра до величины, требуемой в новой технологии, сетевой адаптер должен дополнить поле данных до длины 448 байт так называемым расширением, пред ставляющим собой поле, заполненное нулями. Формально минимальный размер кадра не изменился, он по-прежнему равняется 64 байт, или 512 бит;

но это объясняется тем, что поле расширения помещается после поля контрольной суммы кадра (FCS). Соответствен но, значение этого поля не включается в контрольную сумму и не учитывается при указа нии длины поля данных в поле длины. Поле расширения является просто расширением сигнала несущей частоты, необходимым для корректного обнаружения коллизий.

Для сокращения накладных расходов в случае использования слишком длинных кадров при передаче коротких квитанций разработчики стандарта разрешили конечным узлам передавать несколько кадров подряд без передачи среды другим станциям. Такой режим получил название режима пульсаций. Станция может передать подряд несколько кадров с общей длиной не более 65 536 бит, или 8192 байт. При передаче нескольких небольших кадров станции можно не дополнять первый кадр до размера в 512 байт за счет поля рас ширения, а передавать несколько кадров подряд до исчерпания предела в 8192 байт (в этот предел входят все байты кадра, в том числе преамбула, заголовок, данные и контрольная сумма). Предел 8192.. байт называется длиной пульсации. Если предел длины пульсации достигается в середине кадра, то кадр разрешается передать до конца. Увеличение «совме щенного» кадра до 8192 байт несколько задерживает доступ к разделяемой среде других станций, но при скорости 1000 Мбит/с эта задержка не столь существенна.

434 Глава 13. Коммутируемые сети Ethernet Спецификации физической среды стандарта Gigabit Ethernet В стандарте 802.3z определены следующие типы физической среды:

• одномодовый волоконно-оптический кабель;

• многомодовый волоконно-оптический кабель 62,5/125;

• многомодовый волоконно-оптический кабель 50/125;

• экранированный сбалансированный медный кабель.

Для передачи данных по традиционному для компьютерных сетей многомодовому волоконно-оптическому кабелю стандарт предписывает применение излучателей, рабо тающих на двух длинах волн: 1300 и 850 нм. Применение светодиодов с длиной волны 850 нм объясняется тем, что они намного дешевле, чем светодиоды, работающие на волне 1300 нм, хотя при этом максимальная длина кабеля уменьшается, так как затухание много модового оптоволокна на волне 850 м более чем в два раза выше, чем на волне 1300 нм.

Тем не менее возможность удешевления чрезвычайно важна для такой в целом дорогой технологии, как Gigabit Ethernet.

Для многомодового оптоволокна стандарт Gigabit Ethernet определяет спецификации 1000Base-SX и 1000Base-LX. В первом случае используется длина волны 850 нм (S озна чает Short Wavelength), а во втором — 1300 нм (L — Long Wavelength). Спецификация 1000Base-SX разрешает использовать только многомодовый кабель, при этом его макси мальная длина составляет около 500 м.

Для спецификации 1000Base-LX в качестве источника излучения всегда применяется полупроводниковый лазер диод с длиной волны 1300 нм. Спецификация 1000Base-LX позволяет работать как с многомодовым (максимальное расстояние до 500 м), так и с одно модовым кабелем (максимальное расстояние зависит от мощности передатчика и качества кабеля и может доходить до нескольких десятков километров).

В качестве среды передачи данных в спецификации 1000-СХ определен экранированный сбалансированный медный кабель с волновым сопротивлением 150 Ом. Максимальная длина сегмента составляет всего 25 м, поэтому это решение подходит только для соедине ния оборудования, расположенного в одной комнате.

Gigabit Ethernet на витой паре категории Как известно, каждая пара кабеля категории 5 имеет гарантированную полосу пропускания до 100 МГц. Для передачи по такому кабелю данных со скоростью 1000 Мбит/с было реше но организовать параллельную передачу одновременно по всем четырем парам кабеля.

Это сразу снизило скорость передачи данных по каждой паре до 250 Мбит/с. Однако и для такой скорости необходимо было придумать метод кодирования со спектром, не превы шающим 100 МГц. Например, код 4В/5В не позволяет решить поставленную задачу, так как основной вклад в спектр сигнала на такой скорости у него вносит частота 155 МГц. Кроме того, не нужно ^абывать, что каждая новая версия должна поддерживать не только класси ческий полудуплексный режим, но и дуплексный режим. На первый взгляд кажется, что одновременное использование четырех пар лишает сеть возможности работы в дуплексном режиме, так как не остается свободных пар для одновременной передачи данных в двух направлениях — от узла и к узлу.

Тем не менее проблемная группа 802.ЗаЬ нашла решения обеих проблем.

Скоростные версии Ethernet Для кодирования данных был применен код РАМ5 с пятью уровнями потенциала:

- 2, -1, 0, +1, +2. В этом случае за один такт по одной паре передается 2,322 бит информа ции (log25). Следовательно, для достижения скорости 250 Мбит/с тактовую частоту 250 МГц можно уменьшить в 2,322 раза. Разработчики стандарта решили использовать несколько более высокую частоту, а именно 125 МГц. При этой тактовой частоте код РАМ5 имеет спектр уже, чем 100 МГц, то есть он может быть передан без искажений по кабелю категории 5.

В каждом такте передается не 2,322 х 4 = 9,288 бит информации, а 8. Это и дает искомую суммарную скорость 1000 Мбит/с. Передача ровно восьми битов в каждом такте достига ется за счет того, что при кодировании информации используются не все 625 (54 = 625) комбинаций кода РАМ5, а только 256 (28 = 256). Оставшиеся комбинации приемник за действует для контроля принимаемой информации и выделения правильных комбинаций на фоне шума.

Для организации дуплексного режима разработчики спецификации 802.3ab применили технику выделения принимаемого сигнала из суммарного. Два передатчика работают навстречу друг другу по каждой из четырех пар в одном и том же диапазоне частот (рис. 13.20). Н-образная схема гибридной развязки позволяет приемнику и передатчику одного и того же узла использовать одновременно витую пару и для приема, и для передачи (так же, как и в трансиверах Ethernet на коаксиале).

Для отделения принимаемого сигнала от собственного приемник вычитает из результи рующего сигнала известный ему свой сигнал. Естественно, что это не простая операция и для ее выполнения используются специальные процессоры цифровой обработки сигнала (Digital Signal Processor, DSP).

Вариант технологии Gigabit Ethernet на витой паре расширил процедуру автопереговоров, введенную стандартом 100Base-T, за счет включения туда дуплексного и полудуплексного режимов работы на скорости 1000 Мбит/с. Поэтому порты многих коммутаторов Ethernet на витой паре являются универсальными в том смысле, что могут работать на любой из трех скоростей (10,100 или 1000 Мбит/с).

436 Глава 13. Коммутируемые сети Ethernet Характеристики производительности Gigabit Ethernet зависят от того, использует ли ком мутатор режим передачи кадров с расширением или же передает их в режиме пульсаций.

В режиме пульсаций на периоде пульсации мы получаем характеристики, в 10 раз отли чающиеся от характеристик Fast Etherhet:

• максимальная скорость протокола в кадрах в секунду (для кадров минимальной длины с полем данных 46 байт) составляет 1 488 ООО;

• полезная пропускная способность для кадров минимальной длины равна 548 Мбит/с;

• полезная пропускная способность для кадров максимальной длины (поле данных 1500 байт) равна 976 Мбит/с.

10G Ethernet Стандарт 10G Ethernet определяет только дуплексный режим работы, поэтому он используется исключительно в коммутируемых локальных сетях.

Формально этот стандарт имеет обозначение IEEE 802.3ае и является поправкой к основ ному тексту стандарта 802.3. Формат кадра остался неизменным, при этом расширение кадра, введенное в стандарте Gigabit Ethernet, не используется, так как нет необходимости обеспечивать распознавание коллизий.

Стандарт 802.3ае описывает несколько новых спецификаций физического уровня, которые взаимодействуют с уровнем MAC с помощью нового варианта подуровня согласования.

Этот подуровень обеспечивает для всех вариантов физического уровня 10G Ethernet еди ный интерфейс XGMII (extended Gigabit Medium Independent Interface — расширенный интерфейс независимого доступа к гигабитной среде), который предусматривает парал лельный обмен четырьмя байтами, образующими четыре потока данных.

На рис. 13.21 показана структура интерфейсов 10G Ethernet для физического уровня, ис пользующего оптическое волокно. Как видно из рисунка, существуют три группы таких физических интерфейсов: 10GBase-X, 10Gbase-R и 10GBase-W. Они отличаются способом кодирования данных: в варианте 10Base-X применяется код 8В/10В, в остальных двух — код 64В/66В. Все они для передачи данных задействуют оптическую среду.

Группа 10GBase-X в настоящее время состоит из одного интерфейса подуровня PMD — 10GBase-LX4. Буква L говорит о том, что информация передается с помощью волн второго диапазона прозрачности, то есть 1310 нм. Информация в каждом направлении передается одновременно с помощью четырех волн (что отражает цифра 4 в названии интерфейса), которые мультиплексируются на основе техники WDM (рис. 13.22). Каждый из четырех потоков интерфейса XGMII передается в оптическом волокне со скоростью 2,5 Гбит/с.

Максимальное расстояние между передатчиком и приемником стандарта 10GBase-LX4 на многомодовом волокне равно 200-300 м (в зависимости от полосы пропускания волокна), на одномодовом — 10 км.

В каждой из групп 10GBase-W и 10GBase-R может быть три варианта подуровня PMD: S, L и Е в зависимости от используемого для передачи информации диапазона волн — 850, 1310 или 1550 нм соответственно. Таким образом, существуют интерфейсы 10GBase-WS, 10GBase-WL, 10GBase-WE и 10GBase-RS, 10GBase-RL и lOGBase-RE. Каждый из них передает информацию с помощью одной волны соответствующего диапазона.

Скоростные версии Ethernet Уровни CSMA/CD Верхние уровни Подуровень LCC Уровни модели OSI Подуровень (необязательный) управления уровня MAC Прикладной уровень Уровень MAC Применение Уровень представления XGMII- XGMII- XGMII Сеансовый уровень 64В/65В PCS Транспортный уровень / / II I/ WIS 64В/65В PCS 64B/65B PCS / / I / Сетевой уровень ' X РМА РМА РМА Q. Q.

Канальный уровень PMD PMD PMD Физический уровень MDI- MDI- MDI Среда 4 Среда у Среда ^ I I ' 10GBase-W 10GBase-R 10GBase-X Рис. 13.21. Три группы физических интерфейсов 10G Ethernet Кроссовый кабель Оптический Оптический L0, со со передатчик приемник о Ц S S k Оптический L1, Оптический =г го ZS X со 1 го передатчик приемник го со со ro ^ S а) I Z a о о s Q. а Оптический Оптический L2, X X X Q го передатчик приемник ro О О S Т a S a) Оптический L3. Оптический C L ± с С передатчик приемник / \ I Индикатор Оптоволоконный сигнала Интерфейс PMD кабель I WD - волновое разделение Интерфейс PMD Рис. 13.22. В интерфейсе 10GBase-LX4 используется техника WDM В отличие от 10GBase-R физические интерфейсы группы 10GBase-W обеспечивают жорость передачи и формат данных, совместимые с интерфейсом SONET STS-192/SDH ТМ-64. Пропускная способность интерфейсов группы W равна 9,95328 Гбит/с, а эффек тная скорость передачи данных — 9,58464 Гбит/с (часть пропускной способности тратит я на заголовки кадров STS/STM). Из-за того что скорость передачи информации у этой руппы интерфейсов ниже, чем 10 Гбит/с, они могут взаимодействовать только между обой, то есть соединение, например, интерфейсов 10GBase-RL и 10Base-WL невозможно.

438 Глава 13. Коммутируемые сети Ethernet Интерфейсы группы W не являются полностью совместимыми по электрическим харак теристикам с интерфейсами SONET STS-192/SDH STM-64. Поэтому для соединения сетей 10G Ethernet через первичную сеть SONET/SDH у мультиплексоров первичной сети должны быть специальные 10-гигабитные интерфейсы, совместимые со спецификациями 10GBase-W. Поддержка оборудованием 10GBase-W скорости 9,95328 Гбит/с обеспечивает принципиальную возможность передачи трафика 10G Ethernet через сети SONET/SDH в кадрах STS-192/STM-64.

Физические интерфейсы, работающие в окне прозрачности Е, обеспечивают передачу данных на расстояния до 40 км. Это позволяет строить не только локальные сети, но и сети мегаполисов, что нашло отражение в поправках к исходному тексту стандарта 802.3.

В 2006 году была принята спецификация 10GBase-T, которая дает возможность исполь зовать знакомые администраторам локальных сетей кабели на витой паре. Правда, обяза тельным требованием является применение кабелей категории 6 или 6а: в первом случае максимальная длина кабеля не должна превышать 55 м, во втором — 100 м, что является традиционным для локальных сетей.

Архитектура коммутаторов Для ускорения операций коммутации сегодня во всех коммутаторах используются заказ ные специализированные Б И С — ASIC, которые оптимизированы для выполнения основ ных операций коммутации. Часто в одном коммутаторе имеется несколько специализиро ванных БИС, каждая из которых выполняет функционально законченную часть операций.

Важную роль в построении коммутаторов играют также программируемые микросхемы FPGA (Field-Programmable Gate Array — программируемый в условиях эксплуатации массив вентилей). Эти микросхемы могут выполнять все функции, которые выполняют микросхемы ASIC, но в отличие от последних эти функции могут программироваться и перепрограммироваться производителями коммутаторов (и даже пользователями). Это свойство позволило резко удешевить процессоры портов коммутаторов, выполняющих сложные операции, например профилирование трафика, так как производитель FPGA выпускает свои микросхемы массово, а не по заказу того или иного производителя оборудо вания. Кроме того, применение микросхем FPGA позволяет производителям коммутаторов оперативно вносить изменения в логику работы порта при появлении новых стандартов или изменении действующих.

Помимо процессорных микросхем для успешной неблокирующей работы коммутатору нужно иметь быстродействующий узел обмена, предназначенный для передачи кадров между процессорными микросхемами портов.

В настоящее время в коммутаторах узел обмена строится на основе одной из трех схем:

• коммутационная матрица;

• общая шина;

• разделяемая многоходовая память.

Часто эти три схемы комбинируются в одном коммутаторе.

Коммутационная матрица обеспечивает наиболее простой способ взаимодействия процес соров портов, и именно этот способ был реализован в первом промышленном коммутаторе локальных сетей. Однако реализация матрицы возможна только для определенного числа Архитектура коммутаторов портов, причем сложность схемы возрастает пропорционально квадрату количества портов коммутатора (рис. 13.23).

4 5 Рис. 13.23. Коммутационная матрица Более детальное представление одного из возможных вариантов реализации коммутаци онной матрицы для восьми портов дано на рис. 13.24. Входные блоки процессоров портов на основании просмотра адресной таблицы коммутатора определяют по адресу назначе ния номер выходного порта. Эту информацию они добавляют к байтам исходного кадра в виде специального ярлыка — тега. Для данного примера тег представляет собой просто 3-разрядное двоичное число, соответствующее номеру выходного порта.

Выходные блоки Входные блоки Коммутационная матрица процессоров портов процессоров портов Рис. 13.24. Реализация коммутационной матрицы 8 х 8 с помощью двоичных переключателей Матрица состоит из трех уровней двоичных переключателей, которые соединяют свой вход с одним из двух выходов в зависимости от значения бита тега. Переключатели первого уровня управляются первым битом тега, второго — вторым, а третьего — третьим.

440 Глава 13. Коммутируемые сети Ethernet Матрица может быть реализована и иначе, на основании комбинационных схем другого типа, но ее особенностью все равно остается технология коммутации физических каналов.

Известным недостатком этой технологии является отсутствие буферизации данных внутри коммутационной матрицы — если составной канал невозможно построить из-за занятости выходного порта или промежуточного коммутационного элемента, то данные должны накапливаться в их источнике, в данном случае — во входном блоке порта, принявшего кадр. Основные достоинства таких матриц — высокая скорость коммутации и регулярная структура, которую удобно реализовывать в интегральных микросхемах. Зато после реа лизации матрицы Л^х N в составе Б И С проявляется еще один ее недостаток — сложность наращивания числа коммутируемых портов.

В коммутаторах с общей шиной процессоры портов связывают высокоскоростной шиной, используемой в режиме разделения времени.

Пример такой архитектуры приведен на рис. 13.25. Чтобы шина не блокировала работу коммутатора, ее производительность должна равняться, по крайней мере, сумме произ водительностей всех портов коммутатора. Для модульных коммутаторов характерно то, что путем удачного подбора модулей с низкоскоростными портами можно обеспечить неблокирующий режим работы, но в то же время некоторые сочетания модулей с высоко скоростными портами могут приводить к структурам, у которых узким местом является общая шина.

Рис. 13.25. Архитектура коммутатора с общей шиной Кадр должен передаваться по шине небольшими частями, по несколько байтов, чтобы передача кадров между портами происходила в псевдопараллельном режиме, не внося задержек в передачу кадра в целом. Размер такой ячейки данных определяется произво дителем коммутатора-. Некоторые производители выбирают в качестве порции данных, переносимых по шине за одну операцию, ячейку ATM с ее полем данных в 48 байт. Такой подход облегчает трансляцию протоколов локальных сетей в протокол ATM, если коммута тор поддерживает эти технологии. Кроме того, небольшой размер ячейки (ее формат может быть и фирменным, так как перенос данных между портами является сугубо внутренней операцией) уменьшает задержки доступа порта к общей шине.

Архитектура коммутаторов Входной блок процессора помещает в ячейку, переносимую по шине, тег, в котором указы вает номер порта назначения. Каждый выходной блок процессора порта содержит фильтр тегов, который выбирает теги, предназначенные данному порту.

Шина, так же как и коммутационная матрица, не может осуществлять промежуточную буферизацию, но поскольку данные кадра разбиваются на небольшие ячейки, задержек с начальным ожиданием доступности выходного порта в такой схеме нет — здесь работает принцип коммутации пакетов, а не каналов.

Разделяемая многовходовая память представляет собой третью базовую архитектуру взаимодействия портов. Пример такой архитектуры приведен на рис. 13.26.

Менеджер очередей выходных портов Адрес назначения - очередь Разделяемая память Адрес назначения -» очередь А Адрес назначения Л Очереди выходных портов - очередь Рис. 13.26. Архитектура коммутаторов с разделяемой памятью Входные блоки процессоров портов соединяются с переключаемым входом разделяемой памяти, а выходные блоки этих же процессоров — с ее переключаемым выходом. Пере ключением входа и выхода разделяемой памяти управляет менеджер очередей выходных портов. В разделяемой памяти менеджер организует несколько очередей данных, по одной для каждого выходного порта. Входные блоки процессоров передают менеджеру портов запросы на запись данных в очередь того порта, который соответствует адресу назначения кадра. Менеджер по очереди подключает вход памяти к одному из входных блоков про цессоров и тот переписывает часть данных кадра в очередь определенного выходного порта.

По мере заполнения очередей менеджер производит также поочередное подключение вы хода разделяемой памяти к выходным блокам процессоров портов, и данные из очереди переписываются в выходной буфер процессора.

Применение общей буферной памяти, гибко распределяемой менеджером между от дельными портами, снижает требования к размеру буферной памяти процессора порта.

Однако буферная память должна быть достаточно быстродействующей для поддержания необходимой скорости обмена данными между Депортами коммутатора.

Комбинированные коммутаторы. У каждой из описанных архитектур есть свои достоин ства и недостатки, поэтому часто в сложных коммутаторах эти архитектуры применяются в комбинации друу другом. Пример такого комбинирования приведен на рис. 13.27.

Коммутатор состоит из модулей с фиксированным количеством портов (2-12), выпол ненных на основе специализированной БИС, реализующей архитектуру коммутационной матрицы. Если порты, между которыми нужно передать кадр данных, принадлежат одному модулю, то передача кадра осуществляется процессорами модуля на основе имеющейся в модуле коммутационной матрицы. Если же порты принадлежат разным модулям, то про 442 Глава 13. Коммутируемые сети Ethernet цессоры общаются по общей шине. В такой архитектуре передача кадров внутри модуля будет происходить быстрее, чем при межмодульной передаче, так как коммутационная ма трица — это наиболее быстрое, хотя и наименее масштабируемое средство взаимодействия портов. Скорость внутренней шины коммутаторов может достигать нескольких гигабит в секунду, а у наиболее мощных моделей — до нескольких десятков гигабит в секунду.

Рис. 13.27. Комбинирование архитектур коммутационной матрицы и общей шины Конструктивное исполнение коммутаторов На конструктивное исполнение коммутаторов большое влияние оказывает их область при менения. Настольные коммутаторы и коммутаторы рабочих групп чаще всего выпускаются как устройства с фиксированным количеством портов, корпоративные коммутаторы — как модульные устройства на основе шасси, а коммутаторы отделов могут иметь стековую кон струкцию. Такое деление не является жестким, и в качестве корпоративного коммутатора может использоваться, например, стековый коммутатор.

Коммутатор с фиксированным количеством портов — это наиболее простое конструк тивное исполнение, когда устройство представляет собой отдельный корпус со всеми не обходимыми элементами (портами, органами индикации и управления, блоком питания), и эти элементы заменять нельзя.

Настольные коммутаторы представляют собой наиболее простой тип устройств с фикси рованным количеством портов (рис. 13.28). Обычно все порты такого коммутатора под держивают одну среду передачи, общее количество портов изменяется от 4 до 48. Порты такого коммутатора являются чаще всего интерфейсами 10/100 или 10/100/1000 Мбит/с на витой паре, поддерживающими автопереговоры. Как правило, такой коммутатор не поддерживает удаленное управление по протоколу SNMP.


Коммутатор рабочей группы с фиксированным количеством портов (рис. 13.29) имеет, как правило, множество портов для подключения пользовательских компьютеров — как и у настольного коммутатора, эти порты обычно являются интерфейсами 10/100 или 10/100/1000 Мбит/с на витой паре, поддерживающими автопереговоры. В нашем примере коммутатор оснащен 24 портами 10/100 Мбит/с Кроме того, такой коммутатор имеет не сколько магистральных портов для соединения с коммутаторами верхних уровней.

В нашем примере коммутатор имеет 4 магистральных порта, но они выполнены в особом конструктивном исполнении как слоты для установки модулей портов стандарта SFP.

Конструктивное исполнение коммутаторов Дело в том, что начиная со стандарта Gigabit Ethernet, порты для работы на оптическом волокне начали выпускаться в виде отдельных модулей, устанавливаемых в специальные слоты коммуникационных устройств. Такая конструкция позволяет легко переходить от одного типа оптического волокна к другому, например от многомодового к одномодовому, путем замены модуля порта. Существует два популярных стандарта на конструктивное исполнение модулей портов Gigabit Ethernet и их интерфейс с самим устройством: GBIC h S F P ( р и с. 13.30).

Рис. 13.28. Настольный коммутатор 4 слота для модулей 24 порта 10/100 Мбит/с SPF 1000 Мбит/с (RJ-45) Рис. 13.29. Коммутатор рабочей группы с магистральными портами Рис. 13.30. Модули GBIC (слева) и SFP (справа) Оба эти стандарта приняты комитетом SFF (Small Form Factor committee — Комитет произ водителей компактного оборудования), который был образован в 1990 году как консорциум производителей периферийного оборудования для компьютеров, а затем расширил свои функции. Стандарты SFF являются результатом взаимной договоренности между произво дителями оборудования. Модули GBIC (Gigabit Ethernet Interface Converter — конвертор интерфейса Gigabit Ethernet) появились раньше, они обладают большими размерами, чем модули SFP (Small Factor Pluggable module — устанавливаемый модуль небольшого раз мера), которые были стандартизованы позднее. Модули SFP называют также моделями мини-GBIC. Несмотря на то что изначально и модули GBIC, и модули SFP были задуманы 444 Глава 13. Коммутируемые сети Ethernet как сменная часть портов Gigabit Ethernet для оптического волокна, выпускаются модули SFP и для витой пары, так как это делает слоты SFP коммутаторов (и маршрутизаторов) универсальными.

В том случае, если коммутатор рабочей группы поддерживает интерфейсы 10G Ethertnet (их нет у коммутатора на рис. 13.29), они также выполняются как слоты с устанавливае мыми модулями. Существует несколько стандартов таких модулей: XENPAK, XSP и SFP+ (последний вариант самый компактный). Все эти стандарты представляют собой результат взаимной договоренности между производителями оборудования.

Модульный коммутатор выполняется в виде отдельных модулей с фиксированным количеством портов, эти модули устанавливаются на общее шасси (рис. 13.31). Шасси имеет внутреннюю шину для объединения отдельных модулей в единое устройство. Для модульного коммутатора могут существовать различные типы модулей, отличающиеся количеством портов и типом поддерживаемой физической среды. Модульные коммутаторы позволяют более точно подобрать необходимую для конкретного применения конфигура цию коммутатора, а также гибко и с минимальными затратами реагировать на изменения конфигурации сети.

Рис. 13.31. Модульные коммутаторы на основе шасси Ввиду ответственной работы, которую выполняют модульные коммутаторы, они снабжа ются модулем управления, системой терморегулирования, избыточными источниками питания и возможностью замены модулей «на лету».

Недостатком коммутатора на основе шасси является высокая начальная стоимость такого устройства для случая, когда предприятию на первом этапе создания сети нужно устано вить всего 1 - 2 модуля. Высокая стоимость шасси вызвана тем, что оно поставляется вместе со всеми общими устройствами, такими как избыточные источники питания и т. п.

Выводы Стековый коммутатор, как и коммутатор с фиксированным числом портов, выполнен в виде отдельного корпуса без возможности замены отдельных его модулей. Несколько типичных стековых коммутаторов Ethernet показаны на рис. 13.32.

Рис. 13.32. Стековые коммутаторы Ethernet Стековые коммутаторы имеют специальные порты и кабели для объединения нескольких корпусов в единый коммутатор с общим блоком управления. Стековые коммутаторы мо гут поддерживать различные физические среды передачи, что делает их почти такими же гибкими, как модульные концентраторы, но при этом стоимость этих устройств в расчете на один порт получается обычно ниже, так как сначала предприятие может купить одно устройство без избыточного шасси, а потом нарастить стек еще несколькими аналогичными устройствами.

Приведенная классификация конструктивного исполнения справедлива не только для коммутаторов, но и для коммуникационных устройств всех типов — маршрутизаторов, коммутаторов глобальных сетей, мультиплексоров SDH/OTN/DWDM.

Выводы Для логической структуризации сети применяются мосты и их современные преемники — коммута торы локальных сетей. Устройства обоих типов работают на основе одного и того же стандарта IEEE 802.1 D, но коммутаторы обладают гораздо более высоким быстродействием за счет параллельной обработки потоков данных.

Коммутаторы являются самообучающимися устройствами, так как строят таблицы продвижения автоматически на основе слежения за передаваемыми кадрами.

Недостатком коммутаторов является невозможность работы в сетях с петлевидными связями.

Другим недостатком сетей, построенных на коммутаторах, является отсутствие защиты от широко вещательного шторма. \ Применение коммутаторов позволяет сетевым адаптерам использовать дуплексный режим работы.

В этом режиме отсутствует этап доступа к разделяемой среде, а общая скорость передачи данных удваивается.

В дуплексном режиме для борьбы с перегрузками коммутаторов используется метод обратной связи, описанный в стандарте 802.Зх. Он позволяет приостановить на некоторое время поступление кадров от непосредственных соседей перегруженного коммутатора.

Основными характеристиками производительности коммутатора являются: скорость фильтрации кадров, скорость продвижения кадров, общая пропускная способность по всем портам в мегабитах в секунду, задержка передачи кадра.

Потребности в высокоскоростной и в то же время недорогой технологии для подключения к сети мощных рабочих станций привели к созданию нескольких скоростных версий Ethernet: Fast Ethernet 446 Глава 13. Коммутируемые сети Ethernet со скоростью 100 Мбит/с, Gigabit Ethernet со скоростью 1 Гбит/с и 10G Ethernet со скоростью 10 Гбит/с.

Существует несколько основных вариантов внутренней архитектуры коммутатора, в основе которых лежит:

• коммутационная матрица;

• разделяемая память;

• общая шина.

Кроме того, применяется комбинирование основных вариантов в одном устройстве.

По конструктивному исполнению коммутаторы разделяются на:

• устройства с фиксированным количеством портов;

• модульные устройства на основе шасси;

• стековые коммутаторы.

Вопросы и задания 1. Что из перечисленного можно отнести к недостаткам сетей на разделяемой среде:

а) неопределенная доля пропускной способности, приходящаяся на один узел сети;

б) сложность подключения нового узла к сети;

в) плохая масштабируемость;

г) сложность организации широковещания.

2. Почему мост, работающий в соответствии со стандартом IEEE 802.ID, называют «про зрачным»? Варианты ответов:

а) потому что он передает кадры Ethernet без изменения;

б) потому что конечные узлы «не замечают» его присутствия в сети;

в) потому что мост строит таблицу продвижения автоматически.

3. На основе изучения каких адресов автоматически строится таблица продвижения моста?

Варианты ответов:

а) МАС-адресов назначения;

б) МАС-адресов источника.

4. К каким негативным последствиям приводит наличие петель в сети, построенной на коммутаторах, работающих в соответствии с алгоритмом прозрачного моста? Варианты ответов:

а) кадры могут дублироваться;

б) кадры могут зацикливаться;

в) таблица продвижения может постоянно перестраиваться.

5. Для какой цели записи таблицы продвижения имеют ограниченный срок жизни?

6. Может ли скорость продвижения превосходить скорость фильтрации?

7. Чем коммутатор отличается от моста? Варианты ответов:

а) количеством портов;

б) способом построения таблицы продвижения;

в) дополнительными функциями;

Вопросы и задания г) производительностью.

8. При каком распределении трафика неблокирующий коммутатор с 12-ю портами Fast Ethernet и одним портом Gigabit Ethernet оправдывает свое название? Варианты от ветов:

а) входной трафик всех портов Fast Ethernet, которые работают с близкой к 100 % на грузкой, направлен в порт Gigabit Ethernet;

б) входной трафик порта Gigabit Ethernet, который работает с близкой к 100 % нагруз кой, равномерно распределен между 12-ю портами Fast Ethernet;

в) входной трафик всех портов Fast Ethernet, которые работают с 50-процентной на грузкой, направлен в порт Gigabit Ethernet.

9. Какие механизмы коммутаторы используют для борьбы с перегрузками в дуплексном режиме работы? Варианты ответов:

а) обратное давление;

б) сообщение PAUSE;

в) динамическое увеличение скорости порта.

10. К каким последствиям может привести недостаточный объем памяти, выделенной под таблицу продвижения коммутатора? Варианты ответов:


а) постоянная перестройка таблицы продвижения;

б) затопление сети кадрами с неизученным адресом назначения;

в) потеря кадров.

И. Совпадают ли форматы кадров 10 Мбит/с Ethernet и Fast Ethernet?

12. Для какой цели в формат кадра Gigabit Ethernet было введено поле расширения?

Варианты ответов:

а) для повышения производительности сети;

б) для передачи дополнительных адресов назначения;

в) для увеличения максимального диаметра сегмента разделяемой среды.

13. Может ли в технологии 10G Ethernet использоваться разделяемая среда?

14. Поддерживается ли режим автопереговоров для волоконно-оптических портов?

15. Какой особенности физического интерфейса соответствует цифра 4 в спецификации 10GBase-LX4?

16. Можно ли коммутатор локальной сети с интерфейсом 10GBase-WL непосредственно присоединить к порту STM-64 мультиплексора SDH?

ГЛАВА 14 Интеллектуальные функции коммутаторов Коммутируемые сети гораздо более производительны и масштабируемы, чем сети на разделяемой среде. Тем не менее локальная сеть, коммутаторы которой поддерживают алгоритм прозрачного моста, по-прежнему обладает рядом принципиальных недостатков. Прежде всего, остается нере шенной проблема надежности сети, так как древовидная топология коммутируемых локальных сетей очень уязвима — отказ любой линии связи или коммутатора приводит к потере связности сети, сеть фактически распадается на два или более сегмента.

Кроме того, такая сеть не имеет барьеров на пути ошибочного трафика, генерируемого любым из ее узлов, так как алгоритм прозрачного моста подразумевает передачу кадров с неизученным или широковещательным адресом всем узлам сети. Примером такой нежелательной ситуации является широковещательный шторм, возникающий из-за неисправности всего одного сетевого адаптера и приводящий к потере работоспособности всей сети. Говорят, что сеть на коммутаторах является «плоской», поскольку такая сеть не имеет барьеров на пути нежелательного трафика.

Ограничения древовидной топологии преодолеваются с помощью интеллектуальных функций коммутаторов, которые наделяют локальные сети дополнительными возможностями. Так, в ком мутируемых локальных сетях широко применяется протокол покрывающего дерева (STP), который за счет резервных связей в сети автоматически находит новый вариант древовидной топологии при отказах и тем самым обеспечивает отказоустойчивость сети. Алгоритм покрывающего дерева был разработан одновременно с алгоритмом прозрачного моста (то есть в начале 80-х) и с тех пор успешно применяется в локальных сетях;

последняя версия этого алгоритма Rapid STP позволила значительно сократить время перехода сети на резервную топологию.

Техника виртуальных локальных сетей (VLAN) позволяет разбивать коммутируемую локальную сеть на несколько обособленных логических сегментов, предотвращающих распространение нежелатель ного трафика по всей сети, кроме того, это свойство улучшает управляемость сети. Обособленные сегменты виртуальных локальных сетей затем могут быть соединены в составную сеть уже с помо щью маршрутизаторов, при этом благодаря программному делению сети на сегменты очень удобно быстро поменять структуру сети.

Механизм агрегирования линий связи позволяет объединить несколько линий связи (физических каналов) в один логический канал. Это повышает как производительность, так и надежность сети.

Агрегирование линий связи полезно в тех случаях, когда 10-кратное повышение скорости какой нибудь связи за счет перехода на более высокий уровень иерархии протокола Ethernet либо невоз можно (например, из-за того, что существующая скорость линии является предельной, каковой на момент написания этой книги была скорость 10 Гбит/с), либо экономически или организационно менее выгодно, чем параллельное использование нескольких имеющихся портов.

Новые развитые возможности коммутаторов локальных сетей обеспечивают поддержку методов QoS для различных типов трафика, включая приоритетные и взвешенные очереди, обратную связь, резервирование ресурсов.

Алгоритм покрывающего дерева Алгоритм покрывающего дерева В коммутируемых локальных сетях проблема обеспечения надежности сети имеет свою специфику: базовый протокол прозрачного моста корректно работает только в сети с древо видной топологией, в которой между любыми двумя узлами сети существует единственный маршрут. Тем не менее очевидно, что для надежной работы сети необходимо наличие аль тернативных маршрутов между узлами, которые можно использовать при отказе основного маршрута. Наиболее простым решением этой проблемы является построение сети с аль тернативными маршрутами, ручное нахождение связной древовидной топологии и ручное блокирование (то есть перевод в административное состояние «отключен») всех портов, которые не входят в найденную топологию. В случае отказа сети этот процесс должен повторяться, опять же в ручном режиме. Понятно, что надежность сети в этом случае ока зывается не очень высокой, так как время пребывания ее в неработоспособном состоянии будет исчисляться минутами: сначала нужно обнаружить отказ и локализовать его (то есть не только зафиксировать факт, что в сети что-то перестало работать, но и понять, какая именно связь пострадала и требует обхода), затем найти новый работоспособный вариант топологи сети (если он, конечно, существует), а потом его сконфигурировать.

Для автоматического выполнения перечисленных действий, то есть нахождения и конфигуриро вания активной древовидной топологии, мониторинга состояния ее связей и перехода к новой древовидной топологии при обнаружении отказа связи в коммутируемых локальных сетях ис пользуются алгоритм покрывающего дерева (Spanning Tree Algorithm, STA) и реализующий его протокол покрывающего дерева (Spanning Tree Protocol, STP).

Алгоритм покрывающего дерева, разработанный достаточно давно, в 1983 году, был при знан IEEE удачным решением и включен в ту же спецификацию 802.1D, в котороиописы вается и сам алгоритм прозрачного моста. Сегодня протокол STP широко применяется в наиболее массовых устройствах современных локальных сетей — коммутаторах. Протокол STP обновлялся несколько раз, последняя его редакция описана в документе 802.1D-2004;

новая версия протокола получила название RSTP (Rapid STP, то есть быстрый протокол покрывающего дерева), так как предыдущие версии STP недостаточно быстро находили новую древовидную топологию — на это могло уйти до 50 секунд. Новая версия протокола покрывающего дерева — RSTP — работает значительно быстрее, затрачивая на поиск новой топологи несколько секунд.

Мы сначала рассмотрим классическую версию STP, а затем ее быстрый вариант — RSTP.

Классическая версия STP Протокол STP формализует сеть (рис. 14.1, а) в виде графа (рис. 14.1, б), вершинами ко торого являются коммутаторы и сегменты сети.

Сегмент — это связная часть сети, не содержащая коммутаторов (и маршрутизаторов). Сег мент может быть разделяемым (во время создания алгоритма STA это был единственный тип сегмента) и включать устройства физического уровня — повторители/концентраторы, существование которых коммутатор, будучи устройством канального уровня, «не заме чает». Сегмент также может представлять собой двухточечный канал, в коммутируемых локальных сетях это единственный тип сегмента.

450 Г лава 14. Интеллектуальные функции коммутаторов Рис. 14.1. Формализованное представление сети в соответствии с алгоритмом STA Протокол покрывающего дерева обеспечивает построение древовидной топологии связей с единственным путем минимальной длины от каждого коммутатора и от каждого сегмента до некоторого выделенного корневого коммутатора — корня дерева. Единственность пути гарантирует отсутствие петель, а минимальность расстояния — рациональность маршрутов следования трафика от периферии сети к ее магистрали, роль которой исполняет корневой коммутатор.

В качестве расстояния в STA используется метрика — традиционная для протоколов марш рутизации величина, обратно пропорциональная пропускной способности сегмента. В STA метрика определяется также как условное время передачи бита сегментом. В версии 802.1D 1998 эта величина является 16-разрядной, а в версии 802.1D-2004 — 32-разрядной.

В версии 1998 года выбраны следующие значения метрики: 10 Мбит/с — 100,100 Мбит/с — 19, 1 Гбит/с — 4, 10 Гбит/с - 2. В текущей версии 802.1D-2004 используются такие зна чения метрик, которые расширяют диапазон скоростей сегментов до 10 Тбит/с (то есть с большим запасом относительно сегодняшнего уровня максимальной для Ethernet ско рости в 10 Гбит/с);

давая такому сегменту значение 2;

соответственно сегмент 100 Гбит/с получает значение 200, 10 Гбит/с - 2000, 1 Гбит/с - 20 000, 100 Мбит/с - 200 000, а 10 Мбит/с - 2 000 000.

Идентификатор коммутатора — это 8-байтовое число, шесть младших байтов которого составляют МАС-адрес его блока управления, отрабатывающего алгоритм STA (напомним, Алгоритм покрывающего дерева что портам коммутаторов и мостов для выполнения своей основной функции МАС-адреса не требуются), а два старших байта называются приоритетом коммутатора (значение по умолчанию равно 32 768) и конфигурируются вручную, что, как мы увидим далее, позво ляет администратору сети влиять на процесс выбора корневого коммутатора.

Корневой порт коммутатора — это порт, который имеет кратчайшее расстояние до корне вого коммутатора (точнее, до любого из портов корневого коммутатора).

Идентификатором порта служит 2-байтовое число. Младший байт содержит порядковый номер данного порта в коммутаторе, а значение старшего байта является приоритетом (значение по умолчанию равно 128) и задается администратором.

Назначенным коммутатором сегмента объявляется коммутатор, у которого расстояние до корневого коммутатора является минимальным.

Назначенный порт — это порт назначенного коммутатора сегмента, подключенный к дан ному сегменту.

Протокольными единицами данных моста (Bridge Protocol Data Unit, B P D U ) назы ваются специальные пакеты, которыми периодически обмениваются коммутаторы для автоматического определения конфигурации дерева. Пакеты BPDU переносят данные об идентификаторах коммутаторов и портов, а также о расстоянии до корневого коммутатора.

Существует два типа сообщений, которые переносят пакеты BPDU: конфигурационные сообщения, называемые также сообщениями Hello, и сообщения с уведомлениями об изме нении конфигурации. Для доставки BPDU используется групповой адрес 01:80:С2:00:00:00, позволяющий организовать эффективный обмен данными.

Интервал Hello — это интервал между генерацией сообщений Hello;

он настраивается администратором и обычно составляет от 1 до 4 секунд;

по умолчанию — 2 секунды.

Три этапа построения дерева На рис. 14.2 приведен пример сети из стандарта 802.1D-2004, который иллюстрирует ра боту протокола STP. Мы также будем использовать этот пример в своем описании.

В этом примере сеть построена на восьми коммутаторах, которые имеют идентификаторы со значениями от 111 до 888 (для удобства записи здесь используются сокращенные до 3-х разрядов значения МАС-адресов коммутаторов). Все коммутаторы соединены друг с дру гом двухточечными связями, которые образуют сегменты A-N. Порты 3 и 4 коммутаторов с 555 по 888 соединены с конечными узлами сети, то есть компьютерами (на рисунке не показаны). Все связи в сети — это связи со скоростью 100 Мбит/с (Fast Ethernet).

Алгоритм STA определяет активную конфигурацию сети за три этапа.

Первый этап — определение корневого коммутатора, от которого строится дерево.

В качестве корневого коммутатора выбирается коммутатор с наименьшим значением идентификатора. В исходном состоянии каждый коммутатор считает себя корневым, поэтому он генерирует и передает своим соседям сообщения Hello, в которых помещает свой идентификатор в качестве идентификатора корневого коммутатора. Как только коммутатор получает от соседа сообщение Hello, в котором содержится идентификатор корневого коммутатора, меньший его собственного, он перестает считать себя корневым коммутатором и генерировать свои сообщения Hello, но начинает ретранслировать сообще ния Hello, получаемые от соседей.

452 Глава 14. Интеллектуальные функции коммутаторов Если администратор не вмешается в этот процесс, корневой коммутатор выбирается достаточно случайным образом — им станет устройство с минимальным МАС-адресом блока управления. Очевидно, что такой выбор может оказаться далеко не рациональным.

Например, при выборе коммутатора 555 в качестве корневого значительная часть трафика проходила бы через большое количество транзитных сегментов и коммутаторов. Поэтому пускать данный процесс «на самотек» администратору не стоит — лучше в него вмешаться и назначить корневой коммутатор осознанно (путем соответствующего конфигурирования старших байтов идентификаторов коммутатора), чтобы выбранный коммутатор действи тельно занимал центральное место в соединениях сегментов.

В нашем примере мы предполагаем, что администратор не стал менять приоритеты комму таторов, так что у всех коммутаторов они остались равными значению 32 768 (значение по умолчанию), й корневым коммутатором стал коммутатор с идентификатором 111.

Второй этап — выбор корневого порта для каждого коммутатора.

Корневым портом коммутатора является тот порт, расстояние от которого до корневого коммутатора является минимальным. Сам корневой коммутатор корневых портов не имеет.

Алгоритм покрывающего дерева Для определения корневого порта каждый коммутатор использует пакеты Hello, ретран слируемые ему другими коммутаторами. На основании этих пакетов каждый коммутатор определяет минимальные расстояния от всех своих портов до корневого коммутатора. При ретрансляции сообщения Hello каждый коммутатор увеличивает указанное в сообщении расстояние до корня на метрику того сегмента, из которого принят данный пакет. Тем са мым в пакете Hello по мере прохождения через коммутаторы наращивается поле, показы вающее расстояние до корневого коммутатора. Например, если считать, что все сегменты в рассматриваемом примере являются сегментами Ethernet со скоростью 100 Мбит/с, то коммутатор 222, приняв из сегмента А пакет Hello со значением расстояния, равным 0, увеличивает его на 200 000 условных единиц (если коммутатор работает с величинами метрики, рекомендованными версией стандарта STP от 2004 года).

Ретранслируя пакеты, каждый коммутатор для каждого своего порта запоминает мини мальное расстояние до корня, встретившееся во всех принятых этим портом пакетах Hello.

По завершении процедуры определения конфигурации покрывающего дерева каждый коммутатор находит свой корневой порт (с минимальным расстоянием до корня).

При равных метриках для разрешения неоднозначности к процедуре выбора минимального расстояния привлекаются значения идентификаторов коммутаторов и портов. Предпо чтение отдается портам и коммутаторам с наименьшими идентификаторами. Например, у коммутатора 222 порты 1 и 2 находятся на одинаковом расстоянии до корневого комму татора 111 — оба эти порта непосредственно связаны через сегменты АмВс коммутатором 111, а значит, получают пакеты Hello с метрикой, равной 0. Так как идентификатор порта меньше идентификатора порта 2, то корневым портом коммутатора 222 выбирается порт 1.

По аналогичной причине корневым портом коммутатора 555 становится порт 1, а не порт 2.

Оба эти порта получают сообщения Hello, генерируемые корневым коммутатором 111, с наименьшим значением метрики 200 000. Порт 1 получает такие сообщения по маршру ту: порт 1 коммутатора 111 — сегмент С — порт 1 коммутатора 333 — порт 6 коммутатора 333 — сегмент G, соответственно порт 2 получает их по маршруту: порт 3 коммутатора 111 — сегмент Е — порт 1 коммутатора 444 — порт 6 коммутатора 444 — сегмент I.

Третий этап — выбор назначенных коммутаторов и портов для каждого сегмента сети.

Назначенным является тот коммутатор (из числа коммутаторов, непосредственно под ключенных к данному сегменту), у которого расстояние до корневого моста является минимальным (точнее, расстояние от корневого порта этого коммутатора до корневого коммутатора). Назначенные порты для сегментов исполняют ту же роль, что корневые порты для коммутаторов — они находятся на кратчайшем пути до корневого коммутатора.

Как и при выборе корневого порта, здесь используется распределенная процедура. Каждый коммутатор сегмента, прежде всего, исключает из рассмотрения свой корневой порт (для сегмента, к которому он подключен, всегда существует другой коммутатор, расположенный ближе к корню). Для каждого из оставшихся портов выполняется сравнение принятых по ним минимальных расстояний до корня (еще до наращивания на метрику сегмента) с расстоянием до корня корневого порта данного коммутатора. Если все принятые на этом порту расстояния оказываются больше, чем расстояние от собственного корневого порта, значит, для сегмента, к которому подключен порт, кратчайший путь к корневому комму татору проходит через него, и он становится назначенным. Коммутатор делает все свои порты, для которых такое условие выполняется, назначенными. Когда имеется несколько портов с одинаковым кратчайшим расстоянием до корневого коммутатора, выбирается порт с наименьшим идентификатором.

454 Глава 14. Интеллектуальные функции коммутаторов В рассматриваемом примере коммутатор 111 при проверке порта 1 обнаруживает, что через этот порт принимаются пакеты с минимальным расстоянием 200 ООО (это пакеты от порта 1 коммутатора 222, который ретранслирует через все свои порты сообщения Hello, полученные от коммутатора 1 И, но с измененной метрикой, в частности передает их и коммутатору 111). Так как коммутатор 111 является корневым, то его расстояние до корневого коммутатора равно нулю, то есть меньше, чем у получаемых через порт сообщений. Поэтому коммутатор 1 объявляет свой порт 1 назначенным для сегмента А.

Коммутатор 222 не может объявить свой порт 1 назначенным для сегмента А, так как через него он получает сообщения с минимальной метрикой 0, а у его корневого порта метрика равна 200 000.

На выполнение всех трех этапов коммутаторам сети отводится по умолчанию 15 с. Эта стадия работы портов называется стадией прослушивания (listening), поскольку порты слушают только сообщения BPDU и не передают пользовательских кадров. Считается, что порты находятся в заблокированном состоянии, которое относится только к пользователь ским кадрам, в то время как кадры BPDU обрабатываются. Предполагается, что в стадии прослушивания каждый коммутатор получит столько пакетов Hello, сколько потребуется для определения состояния своих портов.

Все остальные порты, кроме корневых и назначенных, каждым коммутатором блокиру ются и не могут передавать пользовательские кадры. Математически доказано, что при таком выборе активных портов в сети исключаются петли, а оставшиеся связи образуют покрывающее дерево (если оно вообще может быть построено при существующих связях в сети).

Результат работы протокола STP для нашего примера показан на рис. 14.3.

На рисунке корневые порты коммутаторов отмечены символом R, назначенные порты за крашены, а заблокированные зачеркнуты.

После построения покрывающего дерева коммутатор начинает принимать (но не продви гать) пакеты данных и на основе их адресов источника строить таблицу продвижения. Это обычный режим обучения прозрачного моста, который ранее нельзя было активизировать, так как порт не был уверен в том, что он останется корневым или назначенным и будет передавать пакеты данных. Стадия обучения (learning) также выдерживается в течение интервала 15 с. При этом порт продолжает участвовать в работе алгоритма STA, так что поступление пакетов BPDU с лучшими параметрами переводит его в заблокированное состояние.



Pages:     | 1 |   ...   | 12 | 13 || 15 | 16 |   ...   | 30 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.