Функционирование коммутатора LAN

Коммутаторы локальных сетей подобны прозрачным мостам — они тоже анализируют топологию, выполняют фильтрацию и передачу. Эти коммутаторы также поддерживают несколько новых, уникальных функций, таких как выделенная коммуникация между устройствами в дуплексном режиме, несколько параллельных обменов данными и адаптация к скорости среды передачи.

В дуплексном режиме обмена данными между сетевыми устройствами повышается количество передаваемой информации. Несколько параллельных обменов данными возможны благодаря одновременной передаче, или коммутации, нескольких пакетов, что повышает пропускную способность сети. Дуплексный обмен данными фактически удваивает пропускную способность, а благодаря адаптации к скорости среды передачи коммутатор локальной сети может передавать данные со скоростью от 10 до 100 Мбит/с, распределяя полосу пропускания по мере необходимости.

Внедрение коммутаторов в локальные сети не требует изменения существующих концентраторов, сетевых адаптеров или кабелей.

Сети VLAN

Виртуальная локальная сеть (virtual LAN — VLAN) представляет собой широковещательный домен коммутируемой сети. Широковещательные домены определяют степень распространения по сети широковещательного фрейма, сгенерированного станцией. Некоторые коммутаторы можно настроить на поддержку одиночных сетей VLAN и их групп. Если коммутатор поддерживает несколько сетей VLAN, то широковещательная рассылка внутри одной VLAN никогда не распространяется в другую VLAN-сеть. Порты коммутатора, настроенные на одну VLAN-сеть, принадлежащую нескольким широковещательным доменам, эквивалентны портам коммутатора, принадлежащим нескольким VLAN.

VLAN-сеть позволяет администраторам строить широковещательные домены с меньшим количеством пользователей в каждом из доменов. Это увеличивает полосу пропускания, доступную для пользователей, поскольку конкурировать за нее приходится меньшему количеству пользователей.

Маршрутизаторы также обеспечивают изоляцию широковещательных доменов путем блокирования широковещательных фреймов. Поэтому потоки данных могут проходить от одной VLAN-сети к другой только через маршрутизатор.

Обычно различные подсети принадлежат к разным VLAN-сетям. Поэтому сеть, состоящая из нескольких подсетей, как правило, содержит несколько VLAN. Использование коммутаторов и VLAN-сетей позволяют сетевому администратору распределять пользователей по широковещательным доменам в зависимости от потребностей пользователей. Это предоставляет администратору дополнительную гибкость при размещении рабочих станций.

Сети VLAN обладают следующими преимуществами:

•     сегментация широковещательных доменов для увеличения полосы пропускания;

•    дополнительная безопасность за счет изоляции пользователей с помощью мостов;

•          гибкость внедрения, основанная на рабочих функциях, а не на физическом расположении.

Режимы портов коммутаторов

Порты коммутатора работают либо в режиме доступа, либо в магистральном режиме. В режиме доступа интерфейс полностью принадлежит одной сети VLAN. Обычно порт коммутатора в режиме доступа подключается к устройству конечного пользователя или к серверу. Фреймы, передаваемые в режиме доступа, выглядят как обычные фреймы Ethernet.

В отличие от режима доступа, при использовании магистрали потоки нескольких VLAN мультиплексируются для передачи по одному физическому каналу. Магистральные каналы обычно соединяют между собой коммутаторы (рис. 30.2). Однако они могут подключаться и к конечным устройствам, таким как серверы со специальными сетевыми адаптерами, участвующими в протоколе мультиплексирования.

Следует обратить внимание на то, что некоторые устройства подключены к своим коммутаторам через каналы доступа, а для соединения между коммутаторами используются магистральные каналы.

Для того чтобы мультиплексировать потоки данных от различных VLAN-сетей, существуют специальные протоколы, которые инкапсулируют фреймы или снабжают их тегами, для того, чтобы принимающему устройству было известно, какой сети VLAN принадлежит данный фрейм. Магистральные протоколы являются либо фирменными разработками, либо основаны на стандарте IEEE 802.1Q. Например, протокол Cisco Inter-Switch Link (ISL) является частным магистральным протоколом, позволяющим устройствам Cisco мультиплексировать данные VLAN-сетей специальным способом, оптимизированным для сетевых компонентов Cisco. Можно также воспользоваться открытым протоколом, таким как 802.1Q, который позволяет оборудованию нескольких производителей мультиплексировать данные VLAN-сетей в магистральном канале.

Без магистральных каналов для поддержки нескольких VLAN между коммутаторами пришлось бы устанавливать несколько каналов доступа. Такая система не очень

Рис. 30.2. Коммутаторы, объединенные магистральными каналами

Передача данных в коммутируемой локальной сети

Коммутаторы локальных сетей можно классифицировать по методам передачи. При коммутации с промежуточным хранением (store-and-forward) выполняется проверка ошибок и удаление фреймов с ошибками. При использовании сквозной коммутации или коммутации без буферизации пакетов (cut-through) проверка на наличие ошибок не выполняется, что сокращает задержку.

При коммутации с промежуточным хранением коммутатор локальной сети копирует весь фрейм во встроенные буферы и производит проверку контрольной суммы (CRC). Фрейм отбрасывается, если в CRC будет обнаружена ошибка, или если он является "карликом" (runt) (менее 64 байтов, включая CRC) либо "гигантом" (giant) (более 1518 байтов, включая CRC). Если фрейм не содержит ошибок, то коммутатор локальной сети находит адрес получателя в своей таблице пересылки (коммутации) и определяет исходящий интерфейс. После этого фрейм пересылается в пункт назначения.

При коммутации без буферизации пакетов коммутатор локальной сети копирует во внутренние буферы только адрес получателя (первые 6 байтов после префикса). Затем он находит адрес получателя в своей таблице коммутации, определяет выходной интерфейс и пересылает фрейм получателю. При коммутации без буферизации пакетов задержки меньше, так как передача фрейма начинается сразу после прочтения адреса получателя и определения выходного интерфейса.

экономична и ее трудно масштабировать. Поэтому в большинстве случае для соединения коммутаторов между собой предпочтительнее использовать магистрали.

Некоторые коммутаторы можно настроить на коммутацию пакетов без буферизации по конкретным портам. Такой метод коммутации используется до тех пор, пока не будет достигнуто предельное значение ошибки, определяемое пользователем. Если этот порог достигается, то порт автоматически переходит в режим коммутации с промежуточным хранением. Если количество ошибок падает ниже этого порога, то порт автоматически выполняет обратное переключение в режим коммутации с промежуточным хранением.

Для поддержки многоуровневой коммутации в коммутаторах локальных сетей необходимо использовать методику с промежуточным хранением, поскольку коммутатор должен получить весь фрейм до того, как он начнет выполнять какие-либо операции на уровне протокола. Соответственно, более сложные коммутаторы, осуществляющие коммутацию 3-го уровня, относятся к устройствам с промежуточным хранением.

Пропускная способность коммутируемой локальной сети

Коммутаторы локальных сетей можно классифицировать и по относительной полосе пропускания, выделяемой каждому порту. Симметричная коммутация обеспечивает равномерное распределение полосы пропускания, а асимметричная предоставляет неодинаковую полосу пропускания для разных портов.

Асимметричный коммутатор локальной сети обеспечивает коммутируемые соединения между портами с неодинаковой полосой пропускания, например lOBaseT и 100BaseT. Этот тип коммутации еще называют коммутацией 10/100. Асимметричная коммутация предназначена для потоков данных приложений "клиент/сервер", в которых несколько клиентов одновременно связываются с сервером. Сервер требует большей полосы пропускания, иначе этот порт станет "узким местом" в сети.

Симметричный коммутатор обеспечивает соединение между портами с одинаковой полосой пропускания — либо lOBaseT, либо 100BaseT. Симметричная коммутация предназначена д ля более или менее равномерного распределения потоков данных, которое обычно имеет место в одноранговой сети.

Выбирая между симметричной и асимметричной коммутацией, менеджер сети должен оценить требуемую величину полосы пропускания для соединений между устройствами, с тем, чтобы оптимизировать потоки данных сетевых приложений.

Коммутируемые локальные сети и эталонная модель OSI

Коммутаторы локальных сетей можно классифицировать в соответствии с уровнями OSI, на которых они фильтруют и коммутируют фреймы. Это могут быть коммутаторы 2-го уровня, 2-го уровня с некоторыми свойствами 3-го уровня или многоуровневые коммутаторы.

Коммутаторы локальной сети 2-го уровня подобны многопортовым мостам, но они гораздо мощнее и поддерживают много новых функций, таких, в частности, как дуплексный режим. Коммутаторы локальной сети 2-го уровня выполняют коммутацию и фильтрацию на основании МАС-адресов канального уровня OSI (2-го уровня). Как и мосты, они абсолютно прозрачны для сетевых протоколов и пользовательских приложений.

Коммутаторы локальной сети 2-го уровня с функциями 3-го уровня принимают решения о коммутации на основании большего объема информации, чем просто МАС-адрес.

Такие коммутаторы обладают некоторыми функциями управления потоками данных на 3-м уровне, такими как управление широковещательной и многоадрееатной рассылкой, обеспечение безопасности благодаря спискам доступа и 1Р-фрагментации.

Многоуровневые коммутаторы осуществляют коммутацию и фильтрацию на основании адресов канального (2-го) и сетевого (3-го) уровней OSI. Такие коммутаторы динамически решают, коммутировать (2-й уровень) или маршрутизировать (3-й уровень) поступающие потоки данных. Многоуровневые коммутаторы локальных сетей выполняют коммутацию в пределах рабочей группы и маршрутизацию между рабочими группами.

Коммутация на 3-м уровне позволяет потокам данных обходить маршрутизаторы. Первый фрейм проходит через маршрутизатор обычным образом, чтобы убедиться в соблюдении всех политик защиты. Коммутаторы следят за способом обработки маршрутизатором фрейма и затем воспроизводят этот процесс для остальных фреймов. Рассмотрим следующий пример. Предположим, что нужно передать несколько FTP- фреймов от источника 10.0.0.1 к получателю 192.168.1.1. Обычно такие фреймы проходят через маршрутизатор. Многоуровневый коммутатор наблюдает за тем, как маршрутизатор изменяет заголовки 2-го и 3-го уровней первого фрейма и имитирует действия маршрутизатора для остальных фреймов. Это уменьшает нагрузку на маршрутизатор и величину задержки в сети.

Дополнительные источники

•          R. Вгеуег, Sean R. Switched and Fast Ethernet. Ziff-Davis Press, 1997.

•          Kennedy C, Hamilton K. CCIE Professional Development: Cisco LAN Switching. Cisco Press, 1999. (Принципы коммутации в локальных сетях Cisco. ИД "Вильяме", 2003.)

•        Mathias H., Griffiths D. Switching Technology in the Local Network. International Thomson Publishing, 1997.

•       Perlman R. Interconnections, Second Edition: Bridges, Routers, Switches, and Internetworking Protocols. Addison Wesley, 1999.

Литература:

Руководство по технологиям объединенных сетей, 4-е издание. : Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2005. — 1040 с.: ил. – Парал. тит. англ.

Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через RSS 2.0 ленту. Вы можете оставить ответ, или trackback с вашего собственного сайта.

Оставьте отзыв

XHTML: Вы можете использовать следующие теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

 
Rambler's Top100