Ноу Інти, лекція, канальний рівень
4.3. Комутатори в локальних мережах
Для запобігання колізій великі локальні мережі поділяються на сегменти або домени колізій. за допомогою маршрутизаторів (routers) або комутаторів (switches). Безпосередньо до маршрутизатора кінцеві вузли (комп'ютери) зазвичай не підключаються; підключення зазвичай виконується через комутатори. Кожен порт комутатора оснащений процесором, пам'ять якого дозволяє створювати буфер для зберігання надходять кадрів. Загальне управління процесорами портів здійснює системний модуль.
Кожен сегмент, утворений портом (інтерфейсом) комутатора з приєднаним до нього вузлом (комп'ютером) або з концентратором з багатьма вузлами, є доменом (сегментом) колізій. При виникненні колізії в мережі, реалізованої на концентраторі, сигнал колізії поширюється по всіх портах концентратора. Однак на інші порти комутатора сигнал колізії не передається.
Існує два режими двостороннього зв'язку: напівдуплексний (halfduplex) і повнодуплексний (full- duplex). У напівдуплексному режимі в будь-який момент часу одна станція може або вести передачу, або приймати дані. У повнодуплексному режимі абонент може одночасно приймати і передавати інформацію, т. Е. Обидві станції в з'єднанні "точка-точка" можуть передавати дані в будь-який час, незалежно від того, чи передає інша станція. Для середовища, що розділяється напівдуплексний режим є обов'язковим. Раніше створювалися мережі Ethernet на коаксіальному кабелі були тільки напівдуплексними. Неекранована кручена пара UTP і оптичне волокно можуть використовуватися в мережах, що працюють в обох режимах. Нові високошвидкісні мережі 10-GigabitEthernet працюють тільки в повнодуплексному режимі. Більшість комутаторів можуть використовувати як напівдуплексний, так і повнодуплексний режим.
У разі приєднання комп'ютерів (хостів) індивідуальними лініями до портів комутатора кожен вузол разом з портом утворює мікросегмент. У мережі, вузли якої пов'язані з комутатором індивідуальними лініями і працює в напівдуплексному режимі, можливі колізії. якщо одночасно почнуть працювати передавачі комутатора і мережевого адаптера вузла.
Мал. 4.3. Мережа на базі комутатора
Мал. 4.4. Розподіл мережі на широкомовні домени
Швидкодія або продуктивність комутатора визначаються рядом параметрів: швидкістю фільтрації кадрів, швидкістю просування кадрів, пропускною спроможністю, тривалістю затримки передачі кадру.
Пропускна здатність комутатора визначається кількістю переданих даних, що містяться в поле "Data" кадру в одиницю часу. Пропускна здатність досягає свого максимального значення при передачі кадрів максимальної довжини.
Затримка передачі кадрів визначається часом від моменту появи першого байта кадру на вхідному порте комутатора до моменту появи цього байта на вихідному порту. Залежно від режиму комутації час затримки становить від одиниць до сотень мікросекунд.
режими комутації
Коли використовується режим наскрізний комутації "на льоту", порти пристроїв джерела і призначення повинні мати однакову швидкість передачі. Такий режим називається симетричною комутацією. Якщо швидкості не однакові, то кадр повинен запам'ятовуватися (Буферізірованний) перед тим, як буде передаватися з іншою швидкістю. Такий режим називається асиметричною комутацією. при цьому повинен застосовуватися режим з буферизацією.
Асиметрична комутація забезпечує зв'язок між портами з різною пропускною здатністю. Даний режим є характерним, наприклад, для потоку даних між багатьма клієнтами і сервером, при якому багато клієнтів можуть одночасно з'єднуватися з сервером. Тому на це з'єднання повинна бути виділена широка смуга пропускання.
Протокол охоплює дерева (Spanning-Tree Protocol)
Коли мережа будується з використанням топології ієрархічного дерева, комутаційні петлі відсутні. Однак мережі часто проектуються з надлишковими шляхами, щоб забезпечити надійність і стійкість мережі (рис. 4.5). Надлишкові шляху можуть призводити до утворення комутаційних петель, що в свою чергу може привести до широковещательному шторму і падіння мережі.
Мал. 4.5. Освіта маршрутних петель в мережах на комутаторах
Протокол охоплює дерева (Spanning-Tree Protocol - STP) відноситься до протоколів, які використовуються, щоб уникнути маршрутних (комутаційних) петель. Комутатори застосовують алгоритм STA. щоб перевести в резервний стан надлишкові шляху, які не відповідають ієрархічній топології. Запасні надлишкові шляху задіюються, якщо основні виходять з ладу.
Таким чином, STP використовується для створення логічної ієрархії без петель, т. Е. За наявності фізичних петель логічні петлі відсутні.
Кожен комутатор в локальній мережі розсилає повідомлення STP в усі свої порти, щоб дозволяти іншим комутаторів знати про їхнє існування. Ця інформація потрібна, щоб вибрати кореневої комутатор для мережі.
Кожен порт комутатора, який використовує STP. знаходиться в одному з наступних 5 станів:
- Блокування (Blocking);
- Прослуховування (Listening);
- Навчання (Learning);
- Просування (Forwarding);
- Вимкнений (Disabled).
При ініціалізації комутатора всі порти, за винятком що знаходяться в вимкненому стані (Disabled), переводяться в стан блокування (Blocking). У цьому стані порти передають, приймають і обробляють повідомлення STP. т. е. беруть участь в процесі управління. але не передають інформаційні дані.
Після закінчення заданого таймером часу порт переходить в стан просування (Forwarding), т. Е. Починає повноцінну обробку пакетів.
Перехід порту в стан виключення (Disabled) і вихід з нього може бути реалізований тільки за командами конфігурації.
Істотним недоліком протоколу STP є занадто довгий час формування нової конфігурації мережі, яке може становити значення порядку 1 хв.