План лекции 4 Перегрузка портов и потеря кадров

План лекции 4 Перегрузка портов и потеря кадров Управление потоком кадров Характеристики производительности коммутаторов Два типа коммутаторов Поддержка коммутаторами виртуальных локальных сетей Маршрутизаторы Качество обслуживания (Quality of Service, QoS) в сетях

Переполнение буфера порта из-за несбалансированности трафика

Управление потоком кадров в коммутаторах Цель - предотвращение потерь кадров при перегрузках.

Дуплексный режим работы Протокол работы портов компьютеров коммутатора использует процедуры управления потоком с помощью команд - "Приостановить передачу" и "Возобновить передачу".

Полудуплексный режим работы Коммутатор не успевает передавать кадры из буфера передатчика Tx, так как передатчик должен часть времени простаивать, ожидая, пока приемник не примет очередной кадр от компьютера. передатчик приемник

Смысл управления потоком У коммутатора имеется возможность оказать воздействие на компьютер и заставить его приостановить передачу кадров, пока у коммутатора не разгрузятся внутренние буфера. Для этого используются два метода: агрессивный захват среды метод обратного давления

Агрессивный захват среды. Основан на "торможении" компьютера при агрессивном поведении порта коммутатора

Метод обратного давления Основан на передаче фиктивных кадров компьютеру в том случае, когда у коммутатора нет в буфере кадров для передачи по данному порту. При этом разделяемая среда равновероятно будет доставаться в распоряжение то коммутатору, то компьютеру. Следовательно, интенсивность передачи кадров в коммутатор в среднем уменьшится вдвое.

Характеристики производительности коммутаторов скорость фильтрации; скорость продвижения; пропускная способность; задержка передачи кадра.

Скорость фильтрации (кадров в сек) определяет скорость, с которой коммутатор выполняет следующие этапы обработки кадров: прием кадра в свой буфер, просмотр адресной таблицы с целью нахождения порта для адреса назначения кадра, уничтожение кадра, так как его порт назначения совпадает с портом-источником.

Скорость продвижения (кадров в сек)определяет скорость, с которой коммутатор выполняет следующие этапы обработки кадров: прием кадра в свой буфер, просмотр адресной таблицы с целью нахождения порта для адреса назначения кадра, передача кадра в сеть через найденный по адресной таблице порт назначения.

Значения показателей По умолчанию считается, что эти показатели даются для протокола Ethernet и кадров минимального размера, то есть кадров длиной 64 байта (без преамбулы), с полем данных в 46 байт. Такие кадры всегда создают для коммутатора наиболее тяжелый режим работы по сравнению с кадрами другого формата при равной пропускной способности переносимых пользовательских данных. (доля накладных расходов на служебную информацию кадра выше, чем для кадров максимальной длины и время выполнения коммутатором операций по обработке кадра, приходящееся на один байт пользовательской информации, существенно больше)

Пропускная способность коммутатора Пропускная способность коммутатора - количество переданных через его порты пользовательских данных в единицу времени (максимальное значение пропускной способности коммутатора всегда достигается на кадрах максимальной длины, так как при этом и доля накладных расходов на служебную информацию кадра гораздо ниже, чем для кадров минимальной длины, и время выполнения коммутатором операций по обработке кадра, приходящееся на один байт пользовательской информации, существенно меньше).

Значения показателей для протокола Ethernet 10мбит в сек При передаче кадров минимальной длины достигается скорость передачи в 14880 кадров в секунду и пропускная способность 5.48 Мб/с, При передаче кадров максимальной длины - скорость передачи в 812 кадров в секунду и пропускная способность 9.74 Мб/c.

Задержка передачи кадра Задержка передачи кадра - время, прошедшее с момента прихода первого байта кадра на входной порт коммутатора до момента появления этого байта на выходном порту коммутатора.

Типы коммутаторов коммутаторы с промежуточным хранением; узловые коммутаторы - (коммутация на лету), (коммутирующие концентраторы).

Поддержка коммутаторами виртуальных локальных сетей (VLAN) Виртуальной локальной сетью называется группа узлов сети, трафик которой, в том числе и широковещательный, на канальном уровне полностью изолирован от других узлов сети.

При использовании технологии виртуальных сетей в коммутаторах решаются две задачи: повышение производительности в каждой из виртуальных сетей, так как коммутатор передает кадры в такой сети только узлу назначения; изоляция сетей друг от друга для управления правами доступа пользователей и создания защитных барьеров на пути широковещательных штормов.

Как было раньше Объединение виртуальных сетей в общую сеть выполняется на сетевом уровне, переход на который возможен с помощью отдельного маршрутизатора или программного обеспечения коммутатора (коммутатора третьего уровня)

Виртуальные сети, построенные на одном коммутаторе

Создание разделяемого ресурса между несколькими виртуальными сетями с использованием технологии группировки портов

Коммутаторы 3-го уровня При передаче кадров в пределах одной и той же виртуальной сети коммутаторы 3-го уровня работают как классические коммутаторы 2-го уровня, а при необходимости передачи кадра из одной виртуальной сети в другую - как маршрутизаторы.

Пример 24-х портового коммутатора 3-го уровня D-Link DES-3326SR –коммутатор 3-го уровня, объединяющий в себе коммутацию 2-го уровня с IP маршрутизацией пакетов и функции обеспечения качества обслуживания (QoS). 24 порта

Использование коммутатора 3-го уровня. Типовая схема сети небольшого предприятия

Маршрутизаторы Маршрутизатор —устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и пересыпает пакеты в сеть назначения. Основная цель применения - объединение разнородных сетей и обслуживание альтернативных путей.

Пример составной сети

Достоинства маршрутизаторов 1. Маршрутизаторы надежно изолируют трафик отдельных частей сети друг от друга, так как они более избирательны, чем концентраторы, мосты и коммутаторы. Они не передают широковещательные сообщения работая на границах ЛВС. По линиям ГВС передаются лишь пакеты, предназначенные для систем в других сетях. 2. Уменьшают загрузку сети, так как трафик по каналам ГВС сведен к минимуму, увеличивая пропускную способность. 3. Повышают надежность доставки данных, поскольку маршрутизаторы могут выбрать для пакетов альтернативный путь. 4. Они способны связывать в единую сеть подсети, построенные с использованием разных сетевых технологий, например Ethernet и Х.25.

Недостатки маршрутизаторов 1. Вносят задержки в передачу пакетов, так как требуется время на их обработку. 2. Дороже и сложнее в управлении по сравнению с концентраторами и коммутаторами. 3. Могут добавлять излишний трафик в сети, поскольку для обновления таблиц маршрутизации постоянно обмениваются сообщениями.

Качество обслуживания (Quality of Service, QoS) в сетях Quality of Service, QoS это механизмы, обеспечивающие условия для высокого качества обслуживания приложений с учетом всего многообразия требований, предъявляемых приложениями к сети.

Показатели качества обслуживания приложений 1. Средняя скорости передачи данных. Вычисляется путем деления общего объема переданных данных на время их передачи, причем выбирается достаточно длительный промежуток времени — час, день или неделя; 2. Максимальная скорость — наибольшая скорость, зафиксированная в течение периода наблюдения. 3. Пропускная способность – максимально достижимая скорость передачи данных. 4. Коэффициент пульсации - отношение средней скорости передачи к максимальной(мгновенной). 5. Время реакции сети - интервал между возникновением запроса пользователя к какой либо сетевой службе и получением ответа на него.

Показатели качества обслуживания приложений (продолжение) 6. Задержка передачи - временной интервал между моментом поступления данных на вход сетевого устройства и моментом появления их на выходе этого устройства. 7. Вариация задержки передачи - отклонение межпакетных интервалов в прибывающем трафике по сравнению с отправленным. 8. Надежность передачи. Определяется процентом потерянных и искаженных пакетов.

Время реакции сети Складывается из: времени передачи запроса между клиентом и сервером; времени обработки запроса на сервере; времени передачи ответа от сервера к клиенту; времени обработки получаемых ответов на клиентском компьютере.

Учет характеристик для различных приложений

Характеристика чувствительности приложений к задержкам пакетов По этой характеристики все приложения делят на: Асинхронные приложения: практически нет ограничений на время задержки. Пример - электронная почта. Синхронные приложения: чувствительны к задержкам, но допускают их. Пример - передача голоса, когда при превышении порога задержек в 100 - 150 мс качество воспроизводимого голоса резко ухудшается.

Характеристика чувствительности приложений к потерям пакетов По этой характеристики все приложения делят на: 1. Чувствительные к потерям приложения. Приложения, передающие алфавитно-цифровые данные (к которым относятся текстовые документы, коды программ, числовые массивы и т. п.); 2. Устойчивые к потерям приложения. Приложения, работающие с мультимедийным трафиком (аудио- и видеоприложения). Однако устойчивость к потерям имеет свои пределы, поэтому процент потерянных пакетов не может превышать некоторый уровень, например 1 %.