Желіде LAN коммутаторларын қолданудың артықшылықтары Қарапайым желі

Желіде LAN коммутаторларын қолданудың артықшылықтары

Қарапайым желі мәлімет тарату ортасымен (кабельді немесе сымсыз) қосылған түйіндерден (компьютерлерден) және маршрутизаторлар, концентраторлар немесе коммутаторлар сияқты арнайы желілік құрылғылардан тұрады. Желінің осы барлық компоненттері бірге жұмыс жасай отырып, пайдаланушыларға мәліметтерді бір компьютерден екінші компьютерге, мүмкін болса әлемнің басқа бөлігіне жіберуге мүмкіндік береді.

Бастапқы локалды желілердің көбісі желінің жұмыс станцияларының арасындағы байланысты қамтамасыз ету үшін концентраторларды қолданды. Сол себептен желідегі жұмыс станцияларының сандарының өсуіне байланысты келесі мәселелерді шешу керек болды:

Маштабируемость сети (Scalability) желінің кең көлемдігі – концентраторда құрылған, шекті өткізу жолағы бар, желінің өсуі кезінде жоғалудың болмауын қиындататын желі, ал қазіргі қосымшалар бұрынғыға қарағанда, үлкен өткізу жолағын талап етеді;

Задержка(Latency) кідіріс белгіленген пунктке жету үшін дестеге қажет уақыт көлемі. Желідегі концентратор негізінде құрылған әрбір түйін коллизия болмас үшін мәлімет тарату мүмкіндігін күтуі тиіс, ондай болса түйіндер саны өскен сайын кідіріс ұлғайады. Сонымен қатар

Немесе егер біреу желі арқылы үлкен файл таратып жатса, қалған түйіндер өздерінің мәліметтерін тарату үшін оның таратуының аяқталуын күтуі тиіс;

Сбой в сети (Network failure) желідегі доғару–қарапайым желідегі концентраторға қосылған бір құрылғы осы концентраторға қосылған басқа құрылғыларда жұмыс жылдамдығы (100 Мбит/с желілік адаптер және 10 Мбит/с концентратор) немесе кең тарату хабарының көптігінің (broadcast) сәйкессіздігінен қиындық туғызуы мүмкін.

Коллизиялар(Collisions) – жарты дуплексті Ethernet-те Carrier Sense Multiple Access /Collision Detection (CSMA/CD) әдісі мәліметті таратудың бөлінген ортасына кіру үшін қолданылады. Кідірудің бұл әдісінде тарату ортасы бос екеніне көз жеткізбейінше кез келген жұмыс станциясы өзінің дестесін жібермейді.

Егер екі түйін тарату ортасы бос екенін біліп таратуды бір уақытта бастаса, коллизия пайда болады және десте жоғалады. Коллизияның қайда пайда болғанынан тәуелсіз барлық түйіндері коллизия пайда болғанын сезетін Ethernet желісінің бөлігі коллизия домені (collision domain) деп аталады. Концентраторлар негізінде құрылған Ethernet желісі әрқашан коллизияның бір домені болады.

Коммутаторлар – көптеген қазіргі желілердің басты бөлігі. Микросегментацияны қолдана отырып, олар ақпаратты көптеген пайдаланушыларға желі арқылы бір уақытта жіберуге мүмкіндік береді. Микросегментация жеке немесе белгіленген сегменттер – әр сегментке бір жұмыс станциясын (коммутатор портына сегмент емес, тек жұмыс станциясы қолданылады) жасауға мүмкіндік береді.

Концентраторларды коммутаторға жай ауыстыру локалды желінің әсерлігін жоғарылатады, бірақ сонда да кәбілді сымды немесе желілік адаптерді ауыстырудың қажеті жоқ. Коммутаторлар бір сегменттің трафигін екінші сегменттің трафигінен оңашалап, көлемі жағынан үлкен емес коллизия домендерін пайда етіп, желіні бөлек логикалық сегменттерге бөледі.

Осы кезде әрбір жұмыс станциясы барлық өткізу жолағына рұқсат алады және оған басқа станциялармен жарысудың керегі жоқ. Егер құрылғы дуплексті режимде жұмыс жасаса, онда коллизия болмайды. Коммутаторлар мен желілердің көптеген түрлері бар. Компанияның ішкі желісінің әрбір түйініне бөлек қосылуды қамтамасыз ететін коммутаторлар локалды желілердің коммутаторлары (LAN Switches) деп аталады.

Коммутаторлар локалды желінің әртүрлі өткізу жолағымен қосуға мүмкіндік береді. Мысалы, коммутатор көмегімен 10 мегабитті және 100 -мегабитті Ethernet желісін қосуға болады. Кейбір коммутаторлар коммутацияны буферлеусіз қабылдамайды (cut-through switching), ол желідегі кідірісті азайтады.

Коммутаторлардың концентраторлардан тағы бір артықшылығы. Концентраторға қосылған барлық түйіндер өткізу жолағын өзара бөліп алады. Коммутаторлар әр түйінге (егер ол коммутатор портына тікелей қосылса) бөлек өткізу жолағын береді де, желілік сегменттерде коллизия ықтималдығын азайтады.

• Мысалы: 10 Мбит/с – тік концентраторға 10 құрылғы қосылса, онда әрбір түйіннің өткізу қабілеті 1 Мбит/с-ке тең (10/N Мбит/с, мұнда Nжұмыс станцияларының саны), барлық түйін мәліметтерді бір уақытта таратпасада. • Егер концентратордың орнына коммутатор қоссақ, онда кез келген түйін 10 Мбит/с жылдамдықпен жұмыс істей алады.

• Толықдуплекс (Полнодуплекс) тәртібі Ethernet желісінде коммутаторлар пайда болғанша, желілер жартылай тәртіпте жұмыс істеді, яғни кез келген уақытта бір ғана құрылғы мәліметтерді тарата алатын. Коммутаторлар Ethernet желісін толықдуплекс (Полнодуплекс) тәртібінде жұмыс істеуге мүмкіндік берді.

Толықдуплекс (Полнодуплекс) тәртібі – МАС деңгейастында байланыс арнасында бір уақытта екі жақты «нүкте – нүкте" ("точка – точка» ) мәліметтерді таратудың қосымша мүмкіндігін береді.

• Функциональды толықдуплекс тарату тәртібі жартылайға қарағанда жеңілдеу, себебі тарату ортасында коллизия болмайды, кадрлерді қайталау кесте-лерің құруды және ұлғайту биттерін қысқа кадрлерге қосуды талап етпейді

• Соған байланысты мәліметтерді тарату уақыты көбейеді, сонымен қатар пайдалы арнаның өткізу жолағы екі еселенеді, себебі байланыс арнасы бір уақытта екі жақты мәліметтерді таратуды қамтамасыз етеді.

Коммутаторлар әдетте OSI моделінің арналық деңгейінде жұмыс жасайды. Олар кірген кадрларды талдайды, олардың МАСадрестері негізінде ары қарай таратылуы жайлы шешім қабылдайды және кадрларды белгілеу пунктіне жеткізеді. Коммутаторлардың басты ерекшелігі – жоғарғы деңгейлердің хаттамалары үшін мөлдірлігі. Коммутаторлар 2 -ші деңгейде жұмыс жасағандықтан, OSI моделінің жоғарғы деңгейлерінің ақпаратын талдаудың қажеті жоқ.

Коммутация технологиясы • 2 -ші деңгейдің коммутациясы – аппараттық. • Коммутаторда кадрдың таратылуы Application-Specific Integrated Circuits (ASIC) деп аталатын арнайы мамандандырылған контроллермен өңделеді. Коммутаторлар үшін жасалған бұл технология үлкен емес кідіріспен гигабитті жылдамдықты үйлестіруге мүмкіндік береді.

2 -ші деңгейлі коммутаторды қолданудың екі басты себебі бар - желіні сегменттеу және жұмыс топтарын біріктіру. Коммутаторлардың жоғары өнімділігі желі өндірушілеріне физикалық сегментте түйін санын азайтуға мүмкіндік береді. Ірі желіні логикалық сегменттерге бөлу (сегментерді жүктеу есебімен) желі өнімділігін, сондайақ мәлімет қорғалу деңгейін жоғарылату арқылы желі құрастыру икемділігін жоғарылатады және желіні басқаруды жеңілдетеді.

Екінші деңгейлі коммутацияның артықшылықтарына қарамастан бірнеше шектеулері де бар. Желіде коммутаторлардың бар болуы кең жолақты кадрлардың (broadcast) барлық желінің сегменті бойынша таралуына, оның мөлдірлігін сақтай отырып, бөгет болмайды.

3 -ші деңгейлі коммутация Үшінші деңгейлік коммутация – ASICs контроллерімен өңделетін десте таратуы жүргізетін аппараттық коммутация. 2 -ші деңгей коммутаторына қарағанда 3 -ші деңгей коммутаторлары MAC-адрестері негізінде емес, желілік деңгейдің ақпараты негізінде шешім қабылдайды. 3 -ші деңгейлі коммутацияның негізгі мақсаты– 2 -ші деңгейдің жылдамдығымен маршруттаудың масштабталуын алу.

3 -ші деңгейдің коммутаторы дестені өңдеуді маршрутизатор сияқты орындайды: - 3 -ші деңгейдің ақпараты негізінде (желілік адрес) дестенің белгілеу орнына жету жолын анықтайды; - бақылау соммасын есептеу арқылы 3 -ші деңгейдің тақырыбының бүтіндігін тексереді; - дестенің өмір сүру уақытын тексереді;

- кез келген қосымша ақпаратты өңдейді және оған жауап береді; ақпараттық басқару базасындағы статистиканы өңдейді (Management Information Base -MIB); - қауіпсіздікті басқаруды қамтамасыз етеді (егер қажет болса); - тарату кідірісіне сезімтал мультимедиялық қосымшалар үшін сервистің қажетті сапасын қамтамасыз етеді (Qo. S).

3 -ші деңгейлі маршрузитатор мен коммутатордың арасындағы негізгі айырмашылық - 3 -ші деңгейлі коммутация негізінде аппараттық іске асыру жатыр. Жалпы белгілеулі маршрутизаторларда дестелік коммутацияны бағдарлама арқылы іске асырады. 3 -ші деңгей коммутаторлары маршрутизаторларға қарағанда жылдамырақ және арзанырақ болғандықтан, оларды локалды желіде қолданған пайдалы.

• 3 -ші деңгей коммутаторлары болып D-Link DES-3326 S және DES-3326 SR, DES-3350 SR есептелінеді. 4 -ші деңгейлі коммутация 4 -ші деңгей ақпаратын басқаруына жауап беретін желілік деңгейдің аппараттық маршруттау негізінде орындалады.

Десте тақырыбындағы ақпарат әдетте желілік деңгей адрестелуін, 3 -ші деңгей хаттамасының түрін, өмір сүру уақытын (TTL) және бақылау соммасын өз құрамына кіргізеді. Дестеде сонымен қатар хаттама түрі және порт нөмірі секілді жоғарғы деңгейлердің хаттамасы жайлы ақпарат бар. 4 -ші деңгейлі коммутацияның қарапайым анықтамасы – тек МАС немесе ІР адрес негізінде ғана емес, порт нөмірі секілді 4 -ші деңгейдің параметрі негізінде де дестені тарату жайлы шешім қабылдау мүмкіндігі.

• Маршрутизаторлар транспортты деңгей ақпараты негізінде трафикті басқара алады. Осы әдістің бірі рұқсаттың кеңейтілген тізімін құрастыру болып табылады (extended access lists). • Коммутаторлар 4 -ші деңгейдің қызметін орындағанда олар тақырып ішіндегі TCP және UDP өрістерін оқиды да, осы дестеде ақпараттың қандай типі таратылып жатқанын анықтайды.

• Желі әкімшісі коммутаторды бағдарлап қоюы мүмкін: қосымша приоритетіне сәйкес тарфикті өңдеу. Бұл функция соңғы пайдаланушылар үшін сервис сапасын анықтауға мүмкіндік береді. Сервис сапасы анықталғанда, 4 -ші деңгей коммутациясы пошталық хабарлама немесе FTP дестесіне қарағанда видеоконференция трафигіне көбірек өткізу жолағын бөледі.

• Егер таңдалған саясат трафикті басқаруды қосымша бойынша бөлудің немесе әр қосымша шығаратын трафик көлемін есептеу керек болғанда 4 -ші коммутациясы қажет. Бірақ 4 -ші деңгей коммутациясын орындаушы коммутаторларға коммутация кестесінің үлкен санын анықтау және сақтау мүмкіндігі қерек болатын айта кету керек, әсіресе коммутатор корпоративті желінің ядросының ішінде қолданылса.

Коммутаторларды басқарулы бойынша келесі кластарға бөлуге болады:

• Басқару коммутаторлары – Web-басқару интерфейсін, командалық жол интерфейсін (CLI), Telnet, SNMP (Simple Network Management Protocol), TFTP (Trivial File Transfer Protocol) және т. б. өз құрамына кіргізетін басқару және орнату функцияларын үйлестіреді. Мысал ретінде D-Link DES-3226, DES-3226 S, DES 3250 TG, DES-6300, DGS-3212 SR, DGS 3224 SR және т. б. коммутаторларын келтіруге болады.

• Басқарылмайтын коммутаторлар – басқару және орнату функцияларын қолдамайды. Мысалы, Dx. S-10 xx сериялы D -Link. Орнату коммутаторлары осылардың арасында позицияда тұрады. Бұл коммутаторлар белгілі параметрлер орнатуын үйлестіреді, бірақ SNMP бойынша басқаруды үйлестірмейді. Мысал ретінде DES-1218 R/26 R коммутаторы болып табылады.

Коммутаторлардың технологиялық іске асырылуы. (технологическая реализация коммутаторов) • ЛЕЖ коммутаторлары мүмкіншіліктеріне қарай әртүрлі болады, яғни 1 портының бағасы 50 ден бастап 1000 долларға жетеді. Себебі олар әртүрлі сұрақтарды немесе мақсатарды шешуге арналған. Жоғарға сатыдағы коммутатор үлкен өнімділікті және порттарының көптігін қамтамасыз етуі керек, сонымен қатар оларда басқарудың кең спектрлігі болуы керек. Олар маршрутизациялау функцияларын МАСдеңгейінде орындауы кажет. Ал қарапайым және арзан коммуторлар басқару функцияларын атқара алмайды себебі олар аз портты.

• Коммутаторлар архитектурасы негізгі айырмашылықтарының біреуі. Коммутаторлар архитектурасының 3 варианты бар: • коммутациялық матрица негізінде (cross-bar); • Бөлінетін жадылы көпкірістің (shared memory); • Жалпы жоғарғы жылдамдықтағы шина негізінде. Көрсетілген үш тәсіл бір коммутаторда өте жиі комбинацияланады. • Келесі айырмашылығы қолданатын патенттелген ASIC контроллеріне байланысты.

СӨЖ 1. Коммутарлардың орындалу конструкциясы 2. Коммутарлардың өнімділігін көрсететін негізгі сипаттамалары

Характеристики, влияющие на производительность коммутаторов • пропускная способность; • задержка передачи кадра. • Кроме того, существует несколько характеристик коммутатора, которые в наибольшей степени влияют на указанные характеристики производительности. К ним относятся:

• тип коммутации - «на лету» или с промежуточным хранением; • размер буфера (буферов) кадров; ; • производительность внутренней шины; • производительность процессора или процессоров; • размер внутренней адресной таблицы.

• Скорость фильтрации и продвижения кадров это две основные характеристики производительности коммутатора. Эти характеристики являются интегральными показателями, они не зависят от того, каким образом технически реализован коммутатор. • 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 фильтрации практически у всех коммутаторов является неблокирующей коммутатор успевает отбрасывать кадры в темпе их поступления.

Характеристики, влияющие на производительность коммутаторов • 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.