Обзор и технические возможности коммутаторов фирмы Cisco

Обзор и технические возможности коммутаторов фирмы Cisco

Кафедра информационных технологий и компьютерных сетей

Реферат

Тема:

Обзор и технические возможности коммутаторов фирмы Cisco.

Киев 2004

План

Введение 1

Атрибуты коммутаторов Ethernet 4

Сравнение сетевых устройств 7

Классы коммутаторов Ethernet 8

Применение коммутаторов 13

Виртуальные локальные сети VLAN 16

Сравнение коммутаторов Cisco 18

Заключение 20

Список литературы 21

Введение

Разработанный в 1973 стандарт Ethernet сегодня является наиболее

популярным среди стандартов ЛВС. Как технология с разделяемой средой

Ethernet обеспечивает скорость передачи 10 мегабит в секунду (Mbps) для

всех пользователей, имеющих доступ к среде передачи и протокол разрешения

доступа.По мере расширения сети доступная пользователю полоса (средняя

скорость передачи) сужается за счет того, что канал 10 Mbps делится между

всеми узлами сети. Повышение производительности компьютеров и использование

приложений с интенсивным сетевым трафиком требует расширения полосы для

полной реализации возможностей программ и оборудования. Расширение сетей и

повышение производительности компьютеров требуют расширения доступной

пользователям полосы, обеспечиваемой сетевой средой передачи.

Существует два способа расширения полосы, доступной каждому

пользователю. Технология Fast Ethernet базируется на расширении полосы

разделяемой среды до 100 Mbps, обеспечивая рост скорости в 10 раз. Другим

способ является снижение числа узлов сети, имеющих доступ к разделяемой

среде и, следовательно, расширение доступной оставшимся узлам полосы. В

предельном случае вся полоса канала передачи может быть предоставлена

одному пользователю.

Процесс снижения числа узлов в сети называется сегментацией и

осуществляется за счет деления большой сети на несколько меньших. Поскольку

пользователям может требоваться доступ к ресурсам других сегментов, нужен

механизм обеспечения такого доступа, обеспечивающий межсегментный обмен с

достаточно высокой скоростью. Устройства, называемые коммутаторами

Ethernet, обеспечивают требуемые возможности.

Коммутатор Ethernet представляет собой устройство для организации

сетей большого размера. Для того, чтобы лучше разобраться в устройстве и

работе коммутаторов Ethernet, расмотрим основы технологии организации

кабельных систем сети.

Повторители. В начале 80-х годов сети Ethernet организовывались на

базе шинной топологии с использованием сегментов на основе коаксиального

кабеля длиной до 500 метров. Увеличение размеров сетей поставило задачу

преодоления 500-метрового барьера. Для решения этой задачи использовались

повторители (repeater):

[pic]

Повторитель просто копирует (пересылает) все пакеты Ethernet из одного

сегмента во все другие, подключенные к нему. Основной задачей повторителя

является восстановление электрических сигналов для передачи их в другие

сегменты. За счет усиления и восстановления формы электрических сигналов

повторителем становится возможным расширение сетей, построенных на основе

коаксиального кабеля и увеличение общего числа пользователей сети

Мосты. При использовании повторителей максимальная протяженность сети

составляет 2500 метров. Для преодоления этого ограничения требуются другие

устройства, называемые мостами (bridge). Мосты имеют много отличий от

повторителей. Повторители передают все пакеты, а мосты только те, которые

нужно. Если пакет не нужно передавать в другой сегмент, он фильтруется. Для

мостов существуют многочисленные алгоритмы (правила) передачи и фильтрации

пакетов минимальным требованием является фильтрация пакетов по адресу

получателя.

Другим важным отличием мостов от повторителей является то, что

сегменты, подключенные к повторителю образуют одну разделяемую среду, а

сегменты, подключенные к каждому порту моста образуют свою среду с полосой

10 Mbps. При использовании моста пользователи одного сегмента разделяют

полосу, а пользователи разных сегментов используют независимые Среды.

Следовательно, мост обеспечивает преимущества как с точки зрения расширения

сети, так и обеспечения большей полосы для каждого пользователя.

[pic]

Используемая в сетях Ethernet шинная топология на основе коаксиального

кабеля для расширения сетей предполагала применение 2-х портовых

повторителей и мостов. Однако, в конце 80-х годов началось широкое

распространение сетей на основе кабеля со скрученными парами проводников

(витая пара). Новая технология 10Base-T стала очень популярной и привела к

трансформации топологии сетей от шинной магистрали к организации соединений

типа "звезда". Требования к повторителям и мостам для таких сетей

существенно изменились по сравнению с простыми двухпортовыми устройствами

для сетей с шинной топологией - современные мосты и повторители

представляют собой сложные многопортовые устройства. Мосты позволяют

сегментировать сети на меньшие части, в которых общую среду разделяет

небольшое число пользователей.

[pic]

Маршрутизаторы, подобно мостам, также позволяют сегментировать сети

Ethernet. Маршрутизаторы фильтруют и пересылают сетевой трафик на основе

алгоритмов и правил, существенно отличающихся от тех, что используются

мостами.

Переключение портов. Сегодняшние модульные концентраторы (повторители)

часто позволяют организовать несколько сегментов, каждый из которых

предоставляет пользователям отдельную разделяемую полосу 10 Mbps. Некоторые

концентраторы позволяют программным путем разделять порты устройства на

независимые сегменты, такая возможность называется переключением портов.

Концентратор, к примеру, может содержать три различных сегмента Ethernet,

организуемые внутренними средствами хаба. Переключение портов обеспечивает

администратору сети высокую гибкость организации сегментов, позволяя

переносить порты из одного сегмента в другой программными средствами. Эта

возможность особенно полезна для распределения нагрузки между сегментами

Ethernet и снижения расходов, связанных с подобными операциями.

Атрибуты коммутаторов Ethernet.

Коммутаторы подобно мостам и маршрутизаторам способны сегментировать

сети Ethernet. Как и многопортовые мосты коммутаторы передают пакеты между

портами на основе адреса получателя, включенного в каждый пакет. Реализация

коммутаторов обычно отличается от мостов в части возможности организации

одновременных соединений между любыми парами портов устройства - это

значительно расширяет суммарную пропускную способность сети. Более того,

мосты в соответствии со стандартом IEEE 802.1d должны получить пакет

целиком до того, как он будет передан адресату, а коммутаторы могут начать

передачу пакета, не приняв его полностью.

Виртуальные соединения. Коммутатор поддерживает внутреннюю таблицу,

связывающую порты с адресами подключенных к ним устройств (таблица 1). Эту

таблицу администратор сети может создать самостоятельно или задать ее

автоматическое создание средствами коммутатора.

|MAC-адрес|Номер |

| |порта |

|A |1 |

|B |2 |

|C |3 |

|D |4 |

Используя таблицу адресов и содержащийся в пакете адрес получателя,

коммутатор организует виртуальное соединение порта отправителя с портом

получателя и передает пакет через это соединение. На рисунке 1 узел А

посылает пакет узлу D. Найдя адрес получателя в своей внутренней таблице,

коммутатор передает пакет в порт 4.

Рис. 1

Виртуальное соединение между портами коммутатора сохраняется в течение

передачи одного пакета, т.е. для каждого пакета виртуальное соединение

организуется заново на основе содержащегося в этом пакете адреса

получателя.

Поскольку пакет передается только в тот порт, к которому подключен

адресат, остальные пользователи (в нашем примере - B и C) не получат этот

пакет. Таким образом, коммутаторы обеспечивают средства безопасности,

недоступные для стандартных повторителей Ethernet (см. раздел "Сравнение

сетевых устройств").

Одновременные соединения. В коммутаторах передача данных между любыми

парами портов происходит независимо и, следовательно, для каждого

виртуального соединения выделяется вся полоса канала. Например, коммутатор

10 Mbps на рисунке 5 обеспечивает одновременную передачу пакета из A в D и

из порта B в порт C с полосой 10 Mbps для каждого соединения (рис.2).

Поскольку для каждого соединения предоставляется полоса 10 Mbps, суммарная

пропускная способность коммутатора в приведенном примере составляет 20

Mbps. Если данные передаются между большим числом пар портов, интегральная

полоса соответственно расширяется. Например, 24 портовый коммутатор может

обеспечивать интегральную пропускную способность до 120 Mbps при

одновременной организации 12 соединений с полосой 10 Mbps для каждого из

них. Теоретически, интегральная полоса коммутатора растет пропорционально

числу портов. Однако, в реальности скорость пересылки пакетов, измеренная в

Mbps, меньше чем суммарная полоса пар портов за счет так называемой

внутренней блокировки. Для коммутаторов высокого класса блокировка весьма

незначительно снижает интегральную полосу устройства.

Коммутатор 10 Mbps может обеспечить высокую пропускную способность при

условии организации одновременных соединений между всеми парами портов.

Однако, в реальной жизни трафик обычно представляет собой ситуацию "один ко

многим" (например, множество пользователей сети обращается к ресурсам

одного сервера). В таких случаях пропускная способность коммутатора в нашем

примере не будет превышать 10 Mbps, и коммутатор не обеспечит существенного

преимущества по сравнению с обычным концентратором (Рис. 3).

На рисунке 3 три узла A, B и D передают данные узлу C. Коммутатор сохраняет

пакеты от узлов A и B в своей памяти до тех пор, пока не завершится

передача пакета из узла D. После завершения передачи пакета коммутатор

начинает передавать хранящиеся в памяти пакеты от узлов A и B. В данном

случае пропускная способность коммутатора определяется полосой канала C (в

данном случае 10 Mbps). Описанная в данном примере ситуация является другой

формой блокировки.

Производительность коммутатора. Другим важным параметром коммутатора

является его производительность. Для того, чтобы охарактеризовать ее,

используются несколько параметров:

1. скорость передачи между портами;

2. общая пропускная способность;

3. задержка;

Скорость передачи между портами. При полосе 10 Mbps может передавать

14880 пакетов в секунду (PPS) для пакетов минимального размера (64 байта).

Этот параметр определяется свойствами среды. Коммутатор, который способен

обеспечить скорость 14880 PPS между портами, полностью использует

возможности среды. Полоса пропускания среды является важным параметром,

поскольку коммутатор, обеспечивающий передачу пакетов с такой скоростью,

полностью использует возможности среды, предоставляя пользователям

максимальную полосу.

Общая пропускная способность. Измеренная в Mbps или PPS, общая пропускная

способность характеризует максимальную скорость, с которой пакеты могут

передаваться через коммутатор адресатам. В коммутаторах, все порты которых

имеют полосу 10 Mbps, суммарная пропускная способность равна скорости

порта, умноженной на число виртуальных соединений, которые могут

существовать одновременно (число портов коммутатора, поделенное на 2).

Коммутатор, способный обеспечивать максимальную скорость передачи не имеет

внутренней блокировки.

Задержка. Задержка - это промежуток времени между получением пакета от

отправителя и передачей его получателю. Обычно задержку измеряют

относительно первого бита пакета. Коммутаторы Ethernet могут обеспечивать

очень низкую задержку после того, как будет определен адресат. Поскольку

адрес получателя размещается в начале пакета, передачу можно начать до

того, как пакет будет полностью принят от отправителя. Такой метод

называется коммутацией на лету (cut-through) и обеспечивает минимальную

задержку. Малая задержка важна, поскольку с ней непосредственно связана

производительность коммутатора. Однако метод коммутации на лету не

проверяет пакеты на предмет ошибок. При таком способе коммутатор передает

все пакеты (даже те, которые содержат ошибки). Например, при возникновении

коллизии после начала передачи пакета (адрес уже получен) полученный

фрагмент все равно будет передан адресату. Передача таких фрагментов

занимает часть полосы канала и снижает общую производительность

коммутатора.

При передаче пакетов из низкоскоростного порта в высокоскоростной

(например, из порта 10 Mbps в порт 100 Mbps) коммутацию на лету

использовать вообще невозможно. Поскольку порт-приемник имеет большую

скорость, нежели передатчик, при использовании коммутации на лету неизбежно

возникнут ошибки. При организации виртуального соединения между портами с

разной скоростью требуется буферизация пакетов.

Малая задержка повышает производительность сетей, в которых данные

передаются в виде последовательности отдельных пакетов, каждый из которых

содержит адрес получателя. В сетях, где данные передаются в форме

последовательности пакетов с организацией виртуального канала, малая

задержка меньше влияет на производительность

Сравнение сетевых устройств

Повторители. Повторители Ethernet, контексте сетей 10Base-T, часто

называемые концентраторами или хабами, работают в соответствии со

стандартом IEEE 802.3. Повторитель просто передает полученные пакеты во все

свои порты независимо от адресата.

Хотя все устройства, подключенные к повторителю (включая другие

повторители) "видят" весь сетевой трафик, получить пакет должен только тот

узел, которому он адресован. Все остальные узлы должны игнорировать этот

пакет, некоторые сетевые устройства (например, анализаторы протоколов)

работают на основе того, что сетевая среда является общедоступной и

анализируют весь сетевой трафик. Для некоторых сред, однако, способность

каждого узла видеть все пакеты неприемлема, по соображениям безопасности.

С точки зрения производительности, повторители просто передают пакеты с

использованием всей полосы канала. Задержка, вносимая повторителем весьма

мала (в соответствии с IEEE 802.3 - менее 3 микросекунд). Сети, содержащие

повторители имеют полосу 10 Mbps подобно сегменту на основе коаксиального

кабеля и прозрачны для большинства сетевых протоколов, таких как TCP/IP и

IPX.

Мосты. Мосты функционируют в соответствии со стандартом IEEE 802.1d.

Подобно коммутаторам Ethernet мосты не зависят от протокола и передают

пакеты порту, к которому подключен адресат. Однако, в отличие от

большинства коммутаторов, мосты не передают фрагменты пакетов при

возникновении коллизий и пакеты с ошибками, поскольку все пакеты

буферизуются перед их пересылкой в порт адресата. Буферизация пакетов

(store-and-forward) приводит к возникновению задержки по сравнению с

коммутацией на лету. Мосты могут обеспечивать производительность, равную

пропускной способности среды, однако внутренняя блокировка несколько

снижает скорость их работы.

Маршрутизаторы. Работа маршрутизаторов зависит от сетевых протоколов и

определяется связанной с протоколом информацией, передаваемой в пакете.

Подобно мостам, маршрутизаторы не передают адресату фрагменты пакетов при

возникновении коллизий. Маршрутизаторы сохраняют пакет целиком в своей

памяти прежде, чем передать его адресату, следовательно, при использовании

маршрутизаторов пакеты передаются с задержкой. Маршрутизаторы могут

обеспечивать полосу, равную пропускной способности канала, однако для них

характерно наличие внутренней блокировки. В отличие от повторителей, мостов

и коммутаторов маршрутизаторы изменяют все передаваемые пакеты.

Классы коммутаторов Ethernet.

Хотя все коммутаторы имеют много общего, целесообразно разделить их на

два класса, предназначенных для решения разных задач: коммутаторы для

рабочих групп и магистральные коммутаторы.

Коммутаторы для рабочих групп. Коммутаторы для рабочих групп

обеспечивают выделенную полосу при соединении любой пары узлов,

подключенных к портам коммутатора. Если порты имеют одинаковую скорость,

получатель пакета должен быть свободен, чтобы не возникло блокировки.

Поддерживая на каждый порт по крайней мере то число адресов, которые

могут присутствовать в сегменте, коммутатор обеспечивает для каждого порта

выделенную полосу 10 Mbps. Каждый порт коммутатора связан с уникальным

Страницы: 1, 2