Презентация post LAN Сокр

Лекция Коммутаторы пакетов

Технологии локальных сетей Ethernet Token Ring, FDDI Fast Ethernet, 100 VG-Any. LAN Gigabit Ethernet –

Технологии локальных сетей Ethernet, Token Ring, FDDI , 100 VG-Any. LAN, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet – много общего : Расстояния между узлами сети: 100 м – 2000 м Единый формат адреса – 6 байт, уникальность обеспечивается производителем сетевого адаптера Разделяемая среда для конечных узлов (компьютеров) – использование методов доступа Media Access Control (MAC) Качественные кабели для связи компьютеров: Высокая скорость протоколов – 10, 16, 1000 Мбит / с Простая логика протоколов – без восстановления потерянных и искаженных кадров, так как эти события крайне редки

Методы доступа к физической среде (уровень МАС) Кольцо с маркерным доступом (token ring) Шина с маркерным доступом (token bus)Детерминированный доступ. Случайный доступ

Метод случайного доступа Ethernet Ориентирован на среду типа “общая шина” 13 121 Узел 2 Узел 1 Узел 3 Шина Ожидание Попытка доступа Прослушивание Коллизия (jam) 9. 6 мксек Пауза = L Интервал отсрочки L [0, 2 N ], N — номер попытки, N 10 Пауза = [0, 1024 T отсрочки ] = [0, 524288] = [0 мкс, 0. 52 с]

t t A начинает передават ь кадр AB t tpt B начинает передават ь кадр AB t tp B обнару ж ивает коллизию AB A обнару ж ивает коллизию ABВозникновение коллизии t p — задержка распространения сигнала между станциями A и

Особенности случайного метода доступа Ethernet (CSMA/CD – Carrier Sense Multiply Access with Collision Detection ) Преимущества: простойалгоритм деш е ваяинад е жнаяаппаратура возможностьшироковещательнойпередачипакетов Недостатк и : большиепотерииз-заколлизийиожиданийпринагрузкесети>50% • ограниченная длина сети: 2 (время распространения сигнала между узлами) время передачи кадра – иначе коллизия может быть не связана с передачейсвоегокадра!

Форматы кадров Ethernet 6 6 2 46 -1500 4 DA SA T Data FCSКадр Ethernet DIX (II) 6 6 2 46 -1500 4 DA SA L Data FCSКадр Novell 802. 3/ Raw 802. 3 6 6 2 1 1 1(2) 46 -1497 4 DA SA L DSAP SSAP Cont. Data FCS Заголовок LLCКадр 802. 3/ LLC – стандарт IEEEАдрес назначения Адрес источника Тип протокола, которому предназначены данные Контрольная сумма Данные Длина кадра Тип протокола, которому предназначены данные

6 6 2 1 1 1(2) 3 2 46 -1492 4 DA SA L DSAP SSAP Cont. OUI T Data FCSКадр Ethernet SNAP – универсальный Тип протокола, которому предназначены данные. Код организации, стандартизующей значения поля T, Код IEEE –

Типы адресов Ethernet индивидуальный — unicast (0 в старшем разряде) широковещательный — broadcast (11. . 1111) групповой — multicast (10. . ) Разница между групповой рассылкой и широковещанием весьма существенна : к адр, предназначенный для групповой рассылки, посылается некоторой группе станций Ethernet; широковещательный же кадр получают абсолютно все станции сети.

Тип кадра Сетевые протоколы Ethernet II IPX, IP, Apple. Talk Phase I Ethernet 8 02. 3 IPX Ethernet 802. 2 IPX, FTAM Ethernet SNAP IPX, IP, Apple. Talk Phase IIИспользование кадров Ethernet различными стеками протоколов

Иерархическое соединение концентраторов Ethernet Концентратор 2 . . . 10 Base-FL 10 Base-T Вся сеть — один домен коллизий Концентратор 1 (хаб) 10 Base-FB 10 Base-T Концентратор 3 Концентратор

Узлы в сети Ethernet на концентраторах Концентратор 1 Корневой концентратор Концентратор 22 Концентратор

Преамбула Idle. T JK CRC Данные L SA DA Преамбула S F D первый байт преамбулы JK ограничитель начала потока значащих символов T ограничитель конца потока значащих символов Формат кадра Fast Ethernet SFD – ограничитель длины кадра L – двухбайтовое поле (длина поля данных) T – двухбайтовое поле (тип кадра)

Gigabit Ethernet • Формат кадра – прежний • Существуют полудуплексная (применяется редко) и полнодуплексные версии • Минимальный размер кадра увеличен с 64 до 512 байт -> 200 м домен коллизий • Введен Burst Mode – несколько кадров можно передавать подряд, без межкадрового интервала – до 8192 байта, кадры м. б. меньше 512 байт • Физическая среда: 1000 Base-SX ( Short Wavelength, 850 нм) : многомодовое волокно — 220 /500 м 1000 Base-LX (Long Wavelength, 1300 нм): многомодовое волокно – 550 м, одномодовое – до 5000 м Твинаксиал – пара проводников в одном направлении, пара в другом

Gigabit Ethernet на витой паре • Параллельная передача по 4 парам категории 5 — > 250 Мбит /c по одной паре • Код PAM 5: -2, -1, , +1, +2 • 5 состояний, 2, 322 бита за такт — > тактовую частоту снизили до 125 Гц • Код PAM 5 на тактовой частоте 125 Гц имеет спектр уже, чем 100 МГц – параметр кабеля категории 5 • Полнодуплексный режим достигается за счет одновременной встречной передачи – принимаемый сигнал определяется DSP как разность между суммарным сигналом и собственным

Семейство Ethernet Метод доступа CDMA/CD или Full Duplex 10 Base-5 10 Base-2 10 Base-T 10 Base-FL 10 Base-FBФ и з и ч е с к и й у р о в е н ь — 10 0 Base-TX E t h e r n e t F a s t E t h e r n e t 10 0 Base-T 4 10 0 Base-FX 10 0 0 Base-SX 10 0 0 Base-LX 10 0 0 Base-TXG i g a b i t E t h e r n e t 10 GB – стандарт активно разрабатывается, область применения – магистрали глобальных сетей Конкурент SDH

Алгоритмы управления очередями Применение методов теории массового обслуживания ( Queuing Theory) для анализа очередей в сетях Модель M|M|1 Очередь заявок-пакетов Обслуживающий прибор — процессор маршрутизатора t b — среднее время обслуживания = 1 /t — интенсивность поступления заявок-пакетов в обслуживающий прибор, скорость поступления данных x C = 1/b — интенсивность выхода заявок-пакетов из обслуживающего прибора, b — среднее время продвижения пакета — коэффициент загрузки обсл. прибора. C бит

Алгоритмы управления очередями Применение методов теории массового обслуживания ( Queuing Theory) для анализа очередей в сетях t b — среднее время обслуживания При экспоненциальном распределении времен поступления пакетов A(t)=1 -e — t и экспоненциальном распределении времени обслуживания B(x)=1 -e — x среднее время ожидания W равно W = b

Среднее время ожидания 1 W 0. 5 При < 0. 5 задержки близки к 0 — низкая загрузка сети гарантирует качество обслуживания!

Коэффициент загрузки сети. Средняя задержка , мс 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1. 0246810 CSMA / CD Token Ring Token Bus

Активное о борудование физического и канального уровней локальных сетей Сетевые адаптеры — обеспечивают сопряжение узлов сети (компьютеров) с линиями связи. ¨ Повторители (repeaters) — работают на физическом уровне, улучшают физические характеристики сигналов, удлиняют связи в сети ¨ Концентраторы (hubs) — центральными узл ы обмена информацией между несколькими конечными станциями сети сегмента сети. В ыполняют функции повторителя. ¨ Мосты (bridges) — локализуют трафик внутри сегментов сетей. Передают пакет с порта на порт только тогда, когда МАС-адрес принадлежит этому порту Коммутаторы (switching) мосты — осуществляют одновременную передачу пакетов между всеми парами портов по алгоритму моста

Повторител и(и( repeaters) ии концентраторы (hubs) — У стройств а , котор ые на физическом уровне повторяет (и, как правило, улучшает их электрические характеристики: форму, мощность) сигналы, пришедшие на вход одного из портов: на всех остальных портах (Ethernet) К другому повторителю. . . Концентратор: повторитель + дополнительные функции

Дополнительные функции концентраторов А втосегментаци я ( partitioning) — отключение порта при повреждении кабеля данного сегмента или других ошибочных ситуациях Поддержка резервных связей : Резервные связи между концентраторами Основные связи между концентраторами. . .

Конструктивы коммуникационных устройств Шасси С фиксированным набором портов ( Standalone )Стек устройств

Стековые концентраторы

Логическая с труктуризация локальных сетей Преимущества деления сетей на подсети и сегменты: Сегментацияуменьшаетобщийсетевойтрафик. Подсетиувеличиваютгибкостьсети. Подсетиповышаютбезопасностьданных. Подсетиупрощаютуправлениесетью.

Мосты и коммутаторы 2 -го уровня • Позволяют логически структурировать сеть на сегменты с локализацией трафика • Работают на канальном уровне – поддержка любых протоколов сетевого уровня ( IP, IPX) • Только древовидная топология сети

Мосты ( transparent bridge) 1 2 3 54 Логический сегмент 1 20 21 22 2423 Логический сегмент 2 В ну трисегмент ный т рафик. П орт 1 П орт 2 М ост 2 21 М еж сегмент ная передача кадра 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 2 20 2 21 2 22 2 23 2 24 П орт А дрес

Структура моста. . . . А дрес ст анции Н омер порт а. М о с т Адр есна я ба за П р огра ммное обеспечение упр а вления пор та ми П ротоко л моста Б уферна я память (кадры) М икросхемы M A C М икросхемы M AC С егмент сети А. . . С танции Сегмент сети В. . . Ст анции

Таблица моста. Ст ат у с адреса Система не нау чилась понимать, что эт о за адрес Forwarding Table. Page 1 of 1 Address. Dispn 00608 CB 17 E 58 LAN B 0000810298 D 6 LAN A 02070188 ACALAN A 00008101 C 4 DFLAN B+ 000081016 A 52 LAN A* 010081000100 Flood * 010081000101 Discard* 0180 C 2000000 Discard* 000081 FFD 166 Flood Exit. Next Page. Prev Page. Edit Table. Search Item. Go Page + Unlearned * Static Total Entries = 9 Static Entries = 4 Use cursor keys to choose option. Press to select. Press

to return to Main Menu

Влияние замкнутых маршрутов на работу моста. П орт1 Мост1 П орт2 Порт1 М ост2 Порт2 Сегмент 1 Сегмент 2 Узел 10 А дрес. П орт 101 102. . .

Характеристики моста Главные характеристики моста типа Transparent: Количество портов и типы интерфейсов Размер внутренней адресной таблицы (обычно 500 — 8000) Скорость фильтрации пакетов (filtering) Скорость передачи пакетов на другой порт (forwarding) Размер буфера кадров Для быстродействующих мостов Ethernet — Ethernet эти скорости приближаются к максимально возможной — 14880 кадров/с Для моста F ast Ethernet — F ast Ethernet максимальная скорость ~ 148800 к/с Дополнительные функции моста Поддержка алгоритма Spanning Tree (STA) — резервные связи Соединение сетей с различными протоколами канального уровня (например Ethernet — Token Ring ) Поддержка алгоритма маршрутизации от источника (Source Routing Bridge) Управляемость Установка пользовательских фильтров

Коммутаторы локальных сетей 6 5 7 8432 1 Î á ù àÿ ï ðî ï óñêí àÿ ñï î ñî á í î ñòü ñåãì åí òà ðàâí à 8 10 = 80 Ì á / ñ Разделяемая среда: на станцию приходится 10 / N Мбит / с Коммутатор: • параллельная обработка потоков от портов • на станцию приходится 10 Мбит / с

Структура коммутатора Kalpana Системный модуль Управление Многозадачное ядро Коммутационная матрица EPP 8 EPP 1 EPP 2 EPP 3 EPP 4 EPP 6 EPP 5 EPP

Передача кадров через коммутационную матрицу RT TR Б айты кадра П роцессоры E P P П орт Комму тационная матр и ца Ож идание

Полудуплексный режим работы порта коммутатора – half duplex. Tx. Rx Коммутатор Rx. Tx Домен коллизий

Полнодуплексный режим работы порта коммутатора – full duplex T x R x Коммутатор R x T x Одновременная передача кадров в двух направлениях

100 Мб/с 400 Мб/с. Транк

Переполнение буфера порта из-за несбалансированности трафика 654 321 22100 к/с 14880 к/с

Управление потоком в коммутаторах Ожидание Кадр коммутатора 2 Ожидание Кадр 1 Коммутатор Компьютер Кадр коммутатора 1 9, 1 мкс 9, 6 мкс Ожидание 9, 1 мкс 9, 6 мкс А. В полудуплексном режиме • Обратное давление (backpressure) – искусственное создание коллизий Коммутатор использует jam-последовательность, отправляемую на выход порта, к которому подключен сегмент (или узел), чтобы приостановить его активность • Метод торможения конечного узла — агрессивное поведение коммутатора В. В полнодуплексном режиме • Команды XON — XOFF XON/XOFF = X-ON/X-OFF (Transmitter On/Transmitter Off) протокол XON/XOFF простейший протокол передачи данных между устройствами по асинхронному соединению. Символ XON (Ctrl-Q, код ASCII 17) сообщает устройству о начале (возобновлении) передачи данных, XOFF (Ctrl-S, код ASCII 19) приостанавливает её software handshaking

Реализация коммутаторов 0 1 0 1 0 1 П о р т 1 П о р т 8 110 111 100 011 000 001 010 А др ес на зн а чения тэг Комму т ационная матрица. В ых одные блоки процессоров портов Вх одные блоки процессоров портов 1. Коммутационная матрица

Реализация коммутаторов 2. Общая шина. Арб итра жшины Адр есназна чения тэг. . . Арб итра жшины Адр ес назна чения тэг Упра вление буфером Ф ильтртэго в Ф ильтртэгов. Упр авление буферо м В ых одной блок пр о цессора порта. В х одной блок пр о цессора порта

Реализация коммутаторов 3. Разделяемая память Р азделяемая память Менеджер очередей вых одных портов А др ес на зна чения о чер едь. . . Очереди вых одных по р тов

Реализация коммутаторов 4. Комбинированный подход. Высокоскоростная шина ASICAS IC. . .

Применение коммутаторов в рабочих группах Hub

Сеть здания на коммутаторах . . . . 86 7 этаж . . . . 6 этаж 9 . . . 1 этаж : 10 Мб/ с 100 Мб / с 1000 М б / с

Характеристики производительности коммутаторов · скорость фильтрации кадров; [ кадри/с ] Скорость фильтрации (filtering) 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 и порт источника принадлежат одному логическому сегменту · скорость продвижения кадров; [ кадри/с ] Скорость продвижения (forwarding) 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. · пропускная способность; [ Мб ит /с ] Пропускная способность коммутатора измеряется количеством пользовательских данных (в мегабитах в секунду), переданных в единицу времени через его порты. Обычно производители коммутаторов указывают общую максимальную пропускную способность устройства по всем портам. · задержка передачи кадра. [ мкс ] Задержка передачи кадра измеряется как время, прошедшее с момента прихода первого байта кадра на входной порт коммутатора до момента появления этого байта на его выходном порту. Задержка складывается из времени, затрачиваемого на буферизацию байт кадра, а также времени, затрачиваемого на обработку кадра коммутатором, — просмотра адресной таблицы, принятия решения о фильтрации или продвижении и получения доступа к среде выходного порта.

Алгоритм Spanning Tree Коммутатор 3 Активная конфигурация Сегмент 1 Сегмент 2 Коммутатор 1 А В Коммутатор 2 А В Коммутатор 4 А В Сегмент3 Коммутатор 5 А СВ Сегмент 4 Сегмент 5 А В Корневой коммутатор

Виртуальные локальные сети Virtual LAN, VLAN 1 VLAN 2 VLAN 3 Цель: построение полностью изолированных подсетей логическими средствами VLAN – домен распространения бродкастов

VLAN на одном коммутаторе. Виртуальная сеть 1 Виртуальная сеть 2 Виртуальная сеть 3 Задание VLAN – группировка портов

VLAN на нескольких коммутаторах Проблема задания VLAN на нескольких коммутаторах с помощью группировки портов: сколько VLAN – столько портов для межсоединений. К 1 К

VLAN на нескольких коммутаторах Способы решения проблемы: 1. Группировка MAC- адресов – большой объем ручной работы в крупных сетях 2. Использование меток: • Фирменные решения • Стандарт IEEE 802. 1 Q/p Заголовок Ethernet Priority N VLAN Data поля 802. 1 Q/p 3 бита 12 бит

Концентраторы 1. Рабочие группы – 10 Мбит / с, standalone, $8 -10 за порт 2. Рабочие группы – 100 Мбит / с, standalone, $15 -20 за порт 3. Стековые – 10 Мбит / с, Сетевые адаптеры 1. Gigabit Ethernet TP — $200 2. Gigabit Ethernet FO — $450 3. 10/100 TP – $20 —

Коммутаторы 3 уровня • Порты 10 / 100 TP с поддержкой Qo. S – $250 – 300 • Порты GE TP — $1000 • Порты GE SX — $2000 Коммутаторы 2 уровня 1. 10 Мбит / с Standalone – $ 20 -30 2. 10/100 TP Standalone – $30 – 50 3. Стековые 10 / 100 — $50 —