Реферат: Локальные сети на основе коммутаторов

Рис. 6.1. Сеть с выделенным сервером

Для того, чтобы коммутатор работал в сетях с выделенным сервером более эффективно, производители коммутаторов выпускают модели с одним высокоскоростным портом на 100 Мб/с для подключения сервера и несколькими низкоскоростными портами на 10 Мб/с для подключения рабочих станций. В этом случае между рабочими станциями распределяется уже 100 Мб/c, что позволяет обслуживать в неблокирующем режиме 10 - 30 станций, в зависимости от интенсивности создаваемого ими трафика.

Однако с таким коммутатором может конкурировать концентратор, поддерживающий протокол с пропускной способностью 100 Мб/с, например, Fast Ethernet. Стоимость его за порт будет несколько ниже стоимости за порт коммутатора с одним высокоскоростным портом, а производительность сети примерно та же.

Очевидно, что выбор коммуникационного устройства для сети с выделенным сервером достаточно сложен. Для принятия окончательного решения нужно принимать во внимание перспективы развития сети в отношении движения к сбалансированному трафику. Если в сети вскоре может появиться взаимодействие между рабочими станциями, или же второй сервер, то выбор необходимо делать в пользу коммутатора, который сможет поддержать дополнительный трафик без ущерба по отношению к основному.

В пользу коммутатора может сыграть и фактор расстояний - применение коммутаторов не ограничивает максимальный диаметр сети величинами в 2500 м или 210 м, которые определяют размеры домена коллизий при использовании концентраторов Ethernet и Fast Ethernet.

Коммутатор или маршрутизатор?

При построении верхних, магистральных уровней иерархии корпоративной сети проблема выбора формулируется по-другому - коммутатор или маршрутизатор?

Коммутатор выполняет передачу трафика между узлами сети быстрее и дешевле, зато маршрутизатор более интеллектуально отфильтровывает трафик при соединении сетей, не пропуская ненужные или плохие пакеты, а также надежно защищая сети от широковещательных штормов.

В связи с тем, что коммутаторы корпоративного уровня могут поддерживать некоторые функции сетевого уровня, выбор все чаще делается в пользу коммутатора. При этом маршрутизатор также используется, но он часто остается в локальной сети в единственном экземпляре. Этот маршрутизатор обычно служит и для связи локальной сети с глобальными, и для объединения виртуальных сетей, построенных с помощью коммутаторов.

В центре же сетей зданий и этажей все чаще используются коммутаторы, так как только при их использовании возможно осуществить передачу нескольких гигабит информации в секунду за приемлемую цену (рисунок 1.2).

Стянутая в точку магистраль на коммутаторе

При всем разнообразии структурных схем сетей, построенных на коммутаторах, все они используют две базовые структуры - стянутую в точку магистраль и распределенную магистраль. На основе этих базовых структур затем строятся разнообразные структуры конкретных сетей.

Стянутая в точку магистраль (collapsed backbone) - это структура, при которой объединение узлов, сегментов или сетей происходит на внутренней магистрали коммутатора. Пример сети рабочей группы, использующей такую структуру, приведен на рисунке 6.2.

Рис. 6.2. Структура сети со стянутой в точку магистралью

Преимуществом такой структуры является высокая производительность магистрали. Так как для коммутатора производительность внутренней шины или схемы общей памяти, объединяющей модули портов, в несколько Гб/c не является редкостью, то магистраль сети может быть весьма быстродействующей, причем ее скорость не зависит от применяемых в сети протоколов и может быть повышена с помощью замены одной модели коммутатора на другую.

Положительной чертой такой схемы является не только высокая скорость магистрали, но и ее протокольная независимость. На внутренней магистрали коммутатора в независимом формате одновременно могут передаваться данные различных протоколов, например, Ethernet, FDDI и Fast Ethernet, как это изображено на рисунке. Подключение нового узла с новым протоколом часто требует не замены коммутатора, а просто добавления соответствующего интерфейсного модуля, поддерживающего этот протокол.

Если к каждому порту коммутатора в такой схеме подключен только один узел, то такая схема будет соответствовать микросегментированной сети.

Распределенная магистраль на коммутаторах

В сетях больших зданий или кампусов использование структуры с коллапсированной магистралью не всегда рационально или же возможно. Такая структура приводит к протяженным кабельным системам, которые связывают конечные узлы или коммутаторы сетей рабочих групп с центральным коммутатором, шина которого и является магистралью сети. Высокая плотность кабелей и их высокая стоимость ограничивают применение стянутой в точку магистрали в таких сетях. Иногда, особенно в сетях кампусов, просто невозможно стянуть все кабели в одно помещение из-за ограничений на длину связей, накладываемых технологией (например, все реализации технологий локальных сетей на витой паре ограничивают протяженность кабелей в 100 м).

Поэтому в локальных сетях, покрывающих большие территории, часто используется другой вариант построения сети - с распределенной магистралью. Пример такой сети приведен на рисунке 6.3.

Распределенная магистраль - это разделяемый сегмент сети, поддерживающий определенный протокол, к которому присоединяются коммутаторы сетей рабочих групп и отделов. На примере распределенная магистраль построена на основе двойного кольца FDDI, к которому подключены коммутаторы этажей. Коммутаторы этажей имеют большое количество портов Ethernet, трафик которых транслируется в трафик протокола FDDI, когда он передается по магистрали с этажа на этаж.

Рис. 6.3. Структура сети с распределенной магистралью

Распределенная магистраль упрощает связи между этажами, сокращает стоимость кабельной системы и преодолевает ограничения на расстояния.

Однако, скорость магистрали в этом случае будет существенно меньше скорости магистрали на внутренней шине коммутатора. Причем скорость эта фиксированная и не превышает в настоящее время 100 Мб/c. Поэтому распределенная магистраль может применяться только при невысокой интенсивности трафика между этажами или зданиями.

Пример рисунка 6.3 демонстрирует сочетание использования двух базовых структур, так как на каждом этаже сеть построена с использованием магистрали на внутренней шине коммутатора.

Обзор моделей коммутаторов

Рынок коммутаторов сегодня очень обширен, поэтому в этом кратком обзоре остановимся только на некоторых популярных моделях коммутаторов различного класса. Обычно коммутаторы делят в первую очередь на классы в соответствии с их областями применения - настольные коммутаторы, коммутаторы рабочих групп, коммутаторы отделов и магистральные (корпоративные коммутаторы). У каждого класса коммутаторов есть свои отличительные признаки.

Настольные коммутаторы

• Фиксированное количество портов;
• Все порты работают на одной скорости;
• Используются для организации одноранговых связей высокоскоростных рабочих станций;
• Режим коммутации - "на лету";
• Чаще всего не содержат модуля SNMP-управления, а также не поддерживают алгоритм Spanning Tree.

Пример: 3Com LinkSwitch 500.

Коммутаторы рабочих групп

• Имеют по крайней мере 1 высокоскоростной порт (FDDI, Fast Ethernet, ATM);
• Транслируют протоколы;
• Как правило, управляемы по SNMP, поддерживают алгоритм Spanning Tree;
• Режим коммутации - с буферизацией.

Примеры: семейство 3Com LinkSwitch (кроме модели 500), SMC TigerSwitch XE, Bay Networks Ethernet Workgroup Switch.

Коммутаторы отделов и центров обработки данных

• Модульное исполнение;
• Поддержка нескольких протоколов;
• Встроенные средства обеспечения отказоустойчивости:
• избыточные источники питания;
• модули hot-swap.
• Пользовательские фильтры;
• Поддержка виртуальных сегментов;

Примеры: 3Com LANplex 2500, SMC ES/1, Bay Networks LattisSwitch System 28115.

Коммутаторы магистралей зданий/кампусов

• Те же свойства, что и у коммутаторов отделов;
• Шасси с большим количеством слотов (10 - 14);
• Внутренняя пропускная способность 1 - 10 Гб/с;
• Поддержка 1 - 2 протоколов маршрутизации (локальные интерфейсы) для образования виртуальных сетей.

Примеры: 3Com LANplex 6000, Cabletron MMAC Plus, LANNET LET-36, Cisco Catalist 5000, Bay Networks System 5000.

Коммутаторы Catalyst компании Cisco Systems

Коммутатор Catalyst 5000 представляет собой старшую модель семейства Catalyst. Это модульная, многоуровневая платформа коммутации, которая обеспечивает высокий уровень производительности, предоставляя возможность как для создания выделенных соединений в сети Ethernet со скоростями 10 и 100 Mб/с, так и для организации взаимодействия с сетями FDDI и АТМ.

Шасси Catalyst 5000 имеет 5 разъемов. В один разъем устанавливается модуль управления Supervisor Engine, который управляет доступом к коммутируемой матрице, имеющей возможность коммутации более 1 млн. пакетов в секунду. Модуль поддерживает функции локального и удаленного управления и имеет два порта Fast Ethernet, которые могут использоваться для соединения серверов сети или каскадирования устройств Catalyst 5000. Остальные разъемы могут использоваться для установки следующих модулей:

• 24 порта 10Base-T;
• 12 портов 10Base-FL;
• 12 портов 100Base -TX;
• 12 портов 100Base-FX;
• 1 порт DAS CDDI/FDDI (не более 3-х модулей в шасси);
• 1 порт 155 Мб/с АТМ (не более 3-х модулей в шасси).

Одно устройство Catalyst 5000 может поддерживать до 96 коммутируемых портов Ethernet и до 50 коммутируемых портов Fast Ethernet.

Поддерживается формирование виртуальных сетей как в пределах одного устройства Catalyst 5000, так и для нескольких устройств на основе группирования портов. Можно создать до 1000 виртуальных сетей для нескольких устройств Catalyst 5000, соединенных интерфейсами Fast Ethernet, CDDI/FDDI или ATM. Любой интерфейс Fast Ethernet может быть сконфигурирован как интерфейс InterSwitch Link (ISL) для поддержки нескольких виртуальных сетей. Интерфейс ISL - частное решение компании Cisco для передачи информации между коммутаторами о виртуальных сетях.

Все виртуальные сети поддерживают протокол IEEE 802.1d Spanning Tree для обеспечения отказоустойчивых соединений. При использовании интерфейса АТМ для соединения коммутаторов поддержка виртуальных сетей осуществляется на основе спецификации LANE через виртуальные соединения. Интерфейс FDDI поддерживает виртуальные сети с помощью спецификации 802.10.

Отличительной особенностью коммутаторов Catalyst является выполнение коммутации на 3 уровне модели OSI, что позволяет объединять виртуальные сети внутри устройства (для этого требуется дополнительное программное обеспечение).

Модуль управления коммутацией поддерживает три уровня очередей кадров с различными приоритетами, причем приоритеты назначаются для каждого порта отдельно. Это позволяет эффективно обслуживать мультимедийный трафик.

Большой буфер (по 192 Кбайта на порт) обеспечивает сохранение и передачу информации при пиковых нагрузках.

Система Catalyst 3000 представляет собой оригинальную реализацию стековой архитектуры для коммутаторов. Эта архитектура поддерживается устройствами двух типов:

• Коммутатор Catalyst 3000 c 16 портами 10Base-T, одним портом AUI и двумя слотами расширения. Модули расширения могут иметь либо 1 порт 100Base-TX, либо 3 порта 10Base-FL, либо 4 порта 10Base-T, либо 1 порт ATM. Порт мониторинга осуществляет зекрализацию любого порта данных на внешний порт.
• Catalyst Matrix - 8-ми портовая матрица коммутация, с помощью которой можно объединить в стек до 8 коммутаторов Catalyst 3000 для создания единого коммутирующего центра.

Коммутаторы Catalyst 3000 подключаются к Catalyst Matrix через специальные 280 Мб/с порты. Производительность шины Catalyst Matryx составляет 3.84 Гб/с.

Коммутатор работает под управлением IOS и использует два алгоритма коммутации - cut-throw и store-and-forward.

Стек Catalyst 3000 поддерживает до 64 виртуальных сетей и позволяет фильтровать трафик по адресу источника и адресу назначения. Максимальное число MAC-адресов - до 10К на устройство.

Поддерживается алгоритм Spanning Tree и SNMP-управление.

Коммутатор EliteSwitch ES/1 компании SMC

Корпорация SMC (сейчас ее подразделение коммутаторов является частью компании Cabletron) разработала коммутатор EliteSwitch ES/1 как эффективный инструмент для создания внутренней магистрали сети средних размеров. Коммутатор ES/1 сочетает в себе функции высокопроизводительного коммутатора технологий Ethernet/Token Ring/FDDI и локального маршрутизатора, позволяющего создавать виртуальные сети IP и IPX на основе виртуальных коммутируемых рабочих групп. Таким образом, в одном устройстве объединены функции switching и internetworking, необходимые для построения на базе внутренней скоростной шины структурированной локальной сети. Коммутатор поддерживает и глобальные связи с топологией "точка-точка" по линиям T1/E1, позволяя связывать несколько локальных сетей, построенных на его основе, друг с другом.

Рис. 7.1. Структура коммутатора ES/1

Коммутатор ES/1 работает по технологии коммутации с буферизацией, что позволяет ему транслировать протоколы канального уровня, осуществлять пользовательскую фильтрацию, сбор статистики и локальную маршрутизацию.

Организация коммутатора ES/1

Модульный концентратор ES/1 компании SMC (рисунок 7.1) представляет собой устройство в виде корпуса-шасси с задней коммуникационной платой, на которой выполнена внутренняя шина с производительностью 800 Мб/с. Блок обработки пакетов (Packet Processing Engine) включает в себя два процессорных модуля, оснащенных высокопроизводительными RISC-процессорами AMD 29000. Один из процессоров предназначен для передачи пакетов (то есть выполняет функции коммутации), а другой осуществляет администрирование - фильтрацию на портах концентратора в соответствии с масками, введенными администратором, и управляет всей логикой работы концентратора. Оба процессора имеют доступ к общей памяти объемом 4 МБ.

Как уже отмечалось, модуль обработки пакетов коммутатора ES/1 построен на сдвоенной процессорной архитектуре, причем каждый из процессоров отвечает за свои функции. Однако в случае отказа одного из них второй процессор возьмет на себя все функции первого. При этом коммутатор в целом продолжит нормальную работу, может только несколько снизиться его производительность.

Адресная таблица концентратора позволяет сохранять до 8192 МАС-адресов.

Программное обеспечение, управляющее работой концентратора ES/1, дублируется в двух банках Flash-памяти. Во-первых, это позволяет производить upgrade новых версий программного обеспечения без прекращения выполнения концентратором своих основных функций по коммутации пакетов, а во-вторых, сбой при загрузке нового ПО из банка Flash-памяти не приведет к отказу концентратора, поскольку ПО из первого банка памяти останется в рабочем состоянии, и концентратор автоматически перезагрузит его.

В слоты концентратора вставляются сетевые коммуникационные модули, при этом реализована технология автоматической самоконфигурации plug-and-play. Каждый модуль оснащен собственным RISC-процессором, который преобразует приходящие пакеты в протокольно-независимый вид (это означает, что сохраняются только блок данных, адреса приемника и источника, а также информация о сетевом протоколе) и передает их далее по внутренней шине в блок обработки пакетов.

Отказоустойчивость работы модулей обеспечивается наличием в каждом из них специального сенсора, посылающего предупреждение на консоль оператора при приближении температуры к критической отметке. Это может произойти, например, по причине запыления воздушных фильтров. Если температура продолжает повышаться и превышает второе пороговое значение, модуль автоматически отключается от питания для предотвращения выхода из строя элементной базы. При снижении температуры модуль автоматически продолжит работу.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11