Мережеві технології для користувачів. частина 3
У цій статті ми розглянемо ще один клас пристроїв, що працюють на канальному рівні семиуровневой моделі OSI, - комутатори (switch). В окремий клас вони були виділені, оскільки володіють великим набором функцій.
Конструктивно комутатори виконуються в основному за схемами з коммутирующей
У схемі з пам'яттю, що порти підключені до останньої через комутатори входу і виходу, керовані центральним процесором. Входи і виходи процесорів портів підключені до пам'яті через вхідні і вихідні комутатори відповідно. При роботі цієї схеми відбувається наступне: вхідні блоки процесорів приймають кадри і посилають центрального процесора запити на запис кадрів в черзі, відповідні портам призначення. Центральний процесор підключає комутатори входу до пам'яті, і частина кадру записується в чергу відповідного порту призначення. Далі, в міру заповнення черг, відбувається підключення виходів портів призначення до пам'яті та кадри переписуються в їх буфери. Особливість цієї схеми в тому, що буферізованние кадри можуть бути перевірені на коректність і вилучені в разі порушення цілісності.
У комутаторах із загальною шиною для обміну кадрами між портами використовується високошвидкісна магістраль, що застосовується в режимі поділу часу. Ця шина є чисто пасивним пристроєм, на зразок інтерфейсів ISA або PCI. Для забезпечення необхідної продуктивності комутатора шина повинна володіти високою пропускною здатністю (в даний час більше 1 Гбіт / с). Як і матриця, шина не забезпечує буферизації кадрів. По суті справи, в схемі з магістраллю використовується принцип тимчасового ущільнення, тоді як в схемі з матрицею - принцип комутації каналів. Кожна зі схем має свої переваги і недоліки, що пояснює їх часте спільне застосування в складних комутаторах.
Виникнення перевантаження може зумовити втрату кадрів, що загрожує значним зниженням продуктивності мережі через що утворюється додаткового трафіку. Щоб цього не відбувалося, в комутаторах застосовують різні методи регулювання навантаження. Регулювати навантаження (на комутатор, а не на мережу) можна шляхом захоплення середовища передачі або посилки порожніх кадрів. Перший спосіб називається «агресивною поведінкою» і полягає в тому, що порт концентратора починає передачу кадру раніше, ніж це дозволено протоколом канального рівня. Станція, що має дані для передачі, не може отримати доступ до середовища, і навантаження на порт комутатора з боку мережі знижується (хоча навантаження на мережу при цьому може і зрости). Другий спосіб називається «методом зворотного тиску» і полягає в тому, що у відповідь на кожен прийнятий кадр передається один фіктивний. Застосування такого способу не веде до порушення протоколів канального рівня, але знижує навантаження на комутатор приблизно вдвічі.
Чим же ще, крім швидкодії, комутатори відрізняються від мостів? Тим, що вони можуть транслювати кадри з мереж 1000-100 Мбіт / с в мережі 10 Мбіт / с і назад без втрати пропускної здатності середовища. Повноцінне об'єднання всіх типів карт в одній мережі можливо тільки за рахунок застосування комутаторів. Це дозволить впроваджувати нові технології, не замінюючи відразу весь наявний парк устаткування.
Файл-сервер - внутрішній міст. топологія
Дуже важливою властивістю комутаторів є їх здатність до вивчення топології мережі і реконфігурації на основі отриманих даних. Така здатність заснована на підтримці протоколу IEEE 802.1d. Цей протокол, званий STP (Spanning Tree Protocol - протокол покриває дерева), описує способи
Усунення петель - 1
усунення петель в топології, що утворилися як помилково, так і навмисно, з метою резервування, що буде розглянуто нижче. В протокол включені також алгоритми реконфігурації, які допомагають зберегти цілісність і функціональність мережі при збої і відмови. Для функціонування протоколу використовуються спеціальні пакети, звані BPDU (Bridge Protocol Data Unit), які вставляються в кадри канального рівня.
Усунення петель - 2
Порт, що знаходиться в блокованому стані, сприймає тільки пакети BDPU, не передаючи їх далі. Весь інший трафік не приймається і не передається. З блокованого стану порт може вийти тільки в разі, якщо не отримає протягом певного часу пакета BDPU, що означає зміну конфігурації мережі з яких-небудь причин. Вихід з блокованого стану можливий тільки в стан прослуховування, яке представляє собою затримку, покликану мінімізувати ризик неправильного визначення нової топології при переконфігурації. Фактично під час прослуховування порт отримує підтвердження про необхідність зміни конфігурації. Якщо за час прослуховування пакети BDPU так і не було отримано, то порт переходить в стан навчання, тобто побудови бази даних про підключених до нього станціях. Закінчивши період навчання, рівний по тривалості періоду прослуховування, порт переходить в режим передачі, тобто роботи з повною функціональністю.
У разі виходу з ладу кореневого комутатора всі інші перестають отримувати пакети BDPU і ініціюють процедуру вибору кореневого комутатора, а потім будують нове дерево. У результаті мережа зберігає максимально можливу цілісність. Для збереження функціональності мережі необхідно передбачити відповідне резервування таким чином, щоб між кожними двома одиницями мережевого обладнання завжди існував резервний шлях, який включався б в разі несправностей.
При побудові мережі на комутаторах (і звичайно, в мостах і маршрутизаторах) слід мати на увазі, що правило 5-4-3 в даному випадку не застосовується, тобто між двома робочими станціями або робочою станцією і сервером може бути будь-яка кількість комутаторів, мостів і маршрутизаторів. Це пояснюється тим, що дані пристрої, на відміну від концентраторів і повторювачів, працюють на канальному рівні або вище, тобто кадри повністю перетрансліруются і передаються в інший сегмент мережі, при цьому вноситься затримка відбувається не на фізичному, а на канальному рівні.
Файл-сервер - внутрішній міст. Магістральна структура
Віртуальні мережі організовуються шляхом ізоляції трафіку, в тому числі і широковещательного, всередині певного набору портів комутатора. При цьому продуктивність збільшується пропорційно кількості віртуальних мереж, так як їх трафік передається всередині комутатора паралельно. Крім того, «широкомовні шторми» ізолюються всередині кожної з віртуальних мереж. Для зв'язку віртуальних мереж один з одним використовуються маршрутизатори.
Файл-сервер - внутрішній міст. навантаження
Побудова мереж на комутаторах проводиться на основі деревовидної топології. Коренем дерева є або магістраль, виконана на основі високопродуктивної мережі, що має великий протяг (наприклад FDDI, при вимогах за територіальним розташуванням), або внутрішня магістраль комутатора. Не слід, однак, забувати про більш простих рішеннях, що надаються разом з мережевими операційними системами як би безкоштовно.
У більшості випадків програмне забезпечення моста включено в мережеві ОС або легко може бути туди встановлено. Програмний міст, що працює на сервері, може бути застосований в ряді випадків, що об'єднуються однією ознакою: трафік через цей міст невеликий, так що навантаження на сервер зростає не дуже сильно. Зазвичай таке умова дотримується в мережах з одним сервером при відсутності або незначному використанні тимчасових мереж.
Сергій Самохін
КомпьютерПресс 4