Режимы коммутации

Коммутаторы могут работать в нескольких режимах, при изменении которых меняются задержка и надежность. Для обеспечения максимального быстродействия коммутатор может начинать передачу кадра сразу, как только получит МАС-адрес узла назначения. Такой режим получил название сквозной коммутации или коммутации на лету (cut-through switching), он обеспечивает наименьшую задержку при прохождении кадров через коммутатор. Однако в этом режиме невозможен контроль ошибок, поскольку поле контрольной суммынаходится в конце кадра. Следовательно, этот режим характеризуется низкой надежностью.

Во втором режиме коммутатор получает кадр целиком, помещает его в буфер, проверяет поле контрольной суммы (FCS) и затем пересылает адресату. Если получен кадр с ошибками, то он отбрасывается (discarded) коммутатором. Поскольку кадр перед отправкой адресату назначения запоминается в буферной памяти, такой режим коммутации получил название коммутации с промежуточным хранением или буферизацией (store-and-forward switching). Таким образом, в этом режиме обеспечивается высокая надежность, но низкая скорость коммутации.

Промежуточное положение между сквозной коммутацией на лету и буферизацией занимает режим коммутации свободного фрагмента(fragment- free mode). В этом режиме читаются первые 64 байта, которые включают заголовок кадра и поле данных минимальной длины. После этого начинается передача кадра до того, как будет получен и прочитан весь кадр целиком. При этом производится верификация адресации и информации LLC-протокола, чтобы убедиться, что данные будут правильно обработаны и доставлены адресату.

Когда используется режим сквозной коммутации на лету, порты устройств источника и назначения должны иметь одинаковую скорость передачи. Такой режим называется симметричной коммутацией. Если скорости не одинаковы, то кадр должен запоминаться (буферизироваться) перед тем, как будет передаваться с другой скоростью. Такой режим называется асимметричной коммутацией, при этом должен применяться режим с буферизацией.

Асимметричная коммутация обеспечивает связь между портами с разной полосой пропускания. Данный режим является характерным, например, для потока данных между многими клиентами и сервером, при котором многие клиенты могут одновременно соединяться с сервером. Поэтому на это соединение должна быть выделена широкая полоса пропускания.

Протокол охватывающего дерева (Spanning-Tree Protocol)

Когда сеть строится с использованием топологии иерархического дерева, коммутационные петли отсутствуют. Однако сети часто проектируются с избыточными путями, чтобы обеспечить надежность и устойчивость сети ( рис. 4.5). Избыточные пути могут приводить к образованию коммутационных петель, что в свою очередь может привести к широковещательному шторму и падению сети.

Режимы коммутации

Рис. 4.5.Образование маршрутных петель в сетях на коммутаторах

Протокол охватывающего дерева (Spanning-Tree Protocol – STP) относится к протоколам, которые используются, чтобы избежать маршрутных (коммутационных) петель. Коммутаторы применяют алгоритм STA, чтобы перевести в резервное состояние избыточные пути, которые не соответствуют иерархической топологии. Запасные избыточные пути задействуются, если основные выходят из строя.

Таким образом, STP используется для создания логической иерархии без петель, т. е. при наличии физических петель логические петли отсутствуют.

Каждый коммутатор в локальной сети рассылает уведомления STP во все свои порты, чтобы позволять другим коммутаторам знать об их существовании. Эта информация нужна, чтобы выбрать корневой коммутатор для сети.

Каждый порт коммутатора, который использует STP, находится в одном из следующих 5 состояний:

  • Блокировка (Blocking);
  • Прослушивание (Listening);
  • Обучение (Learning);
  • Продвижение (Forwarding);
  • Выключен (Disabled).

При инициализации коммутатора все порты, за исключением находящихся в выключенном состоянии (Disabled), переводятся в состояние блокировки (Blocking). В этом состоянии порты передают, принимают и обрабатывают уведомления STP, т. е. участвуют в процессе управления, но не передают информационные данные.

В начальный момент работы алгоритма STA порты устанавливаются в состояние прослушивания (Listening) на время, определяемое таймером. Если за время работы таймера порт получит уведомление STP с лучшей метрикой, чем у него, то он перейдет в состояние блокировки (Blocking). Если принятая метрика хуже его собственной, порт перейдет в состояние обучения (Learning), чтобы принимать, но еще не продвигать пакеты данных и создавать адресную таблицу коммутации. Длительность состояния Learning также задается таймером.

После окончания заданного таймером времени порт переходит в состояние продвижения (Forwarding), т. е. начинает полноценную обработку пакетов.

Переход порта в состояние выключения (Disabled) и выход из него может быть реализован только по командам конфигурирования.

Существенным недостатком протокола STP является слишком долгое время формирования новой конфигурации сети, которое может составлять значение порядка 1 мин.

Краткие итоги

1. Канальный уровень (Data Link) обеспечивает обмен данными через общую локальную среду. Он разделен на два подуровня (LLC и МАС).

2. Подуровень LLC реализует связь с протоколами сетевого уровня.

3. Формат кадра протокола LLC является общим для всех технологий канального уровня.

4. Подуровень МАС определяет особенности доступа к физической среде при использовании различных технологий локальных сетей.

5. Каждой технологии МАС-уровня соответствует несколько вариантов (спецификаций) протоколов физического уровня, которые определяют скорость передачи, вид среды.

6. На МАС-подуровне современных сетей используется ряд технологий: Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet и 10Gigabit Ethernet.

7. В локальных сетях адресация узлов производится на основе МАС-адресов, содержащих 48 двоичных разрядов. МАС-адреса представлены в шестнадцатеричной системе.

8. В сетях технологии Ethernet, построенных на основе логической топологии общая шина, разделяемая среда передачи данных является общей для всех пользователей. При этом реализуется метод множественного доступа к среде с распознаванием несущей и фиксациейколлизий (CSMA/CD).

9. Для предотвращения коллизий современные локальные сети строятся на базе коммутаторов, которые делят сеть на сегменты коллизий.

10. Продвижение кадров с входного интерфейса коммутатора на выходной происходит на основании записей в адресной таблице коммутации.

11. Различные режимы коммутации позволяют изменять производительность коммутатора.

12. Протокол охватывающего дерева (STP) используется, чтобы избегать маршрутных (коммутационных) петель.

Вопросы

1. Какие функции выполняет верхний подуровень канального уровня?

2. Какие функции выполняет нижний подуровень канального уровня?

3. Что определяют спецификации технологии МАС-уровня?

4. Сколько двоичных разрядов содержит МАС-адрес и в какой системе он представлен?

5. Каким типом адреса является FFFFFFFFFFFF?

6. Какой метод доступа к среде отображается аббревиатурой CSMA/CD?

7. Что такое коллизия?

8. Какое устройство ограничивает коллизию пределами одного сегмента?

9. Что такое микросегмент?

10. На базе каких адресов происходит адресация узлов в локальных сетях?

11. Чем различаются продвижение и фильтрация кадров?

12. Какое устройство делит сеть на широковещательные домены?

13. Какими параметрами определяется производительность коммутатора?

14. Чем отличается сквозная коммутация, или коммутация на лету, от коммутации с промежуточным хранением или буферизацией?

15. Для чего используется протокол охватывающего дерева STP?

Упражнения

1. Перечислите спецификации технологий Ethernet, Fast Ethernet.Приведите их основные характеристики.

2. Изобразите формат кадра LLC.

3. Изобразите формат кадра МАС.

4. Укажите размер и назначение полей кадра стандарта 802.3.

5. Объясните, почему задается минимальная длина поля данных.

6. Изобразите схему локальной сети на коммутаторе с пятью конечными узлами, укажите номера портов и МАС-адреса узлов. Создайтетаблицу коммутации для случая, когда все узлы активно обмениваются данными.

Коммутаторы Ethernet | Курс

Похожие статьи:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector