Реферат: Локальные сети на основе коммутаторов

Важной особенностью концентратора ES/1 является встроенная система защиты от "штормов" широковещательных пакетов (broadcast storm). Программное обеспечение концентратора ES/1 позволяет установить предельную частоту прихода таких пакетов на каждый порт концентратора, в случае превышения которой широковещательные пакеты перестают передаваться в другие сегменты сети, что сохраняет их работоспособность.

Фильтрация и виртуальные рабочие группы

С помощью механизма маскирования портов администратор может создавать виртуальные рабочие группы с целью защиты от несанкционированного доступа и повышения производительности ЛВС путем перераспределения информационных потоков. Фильтрацию можно включать на входящие и/или выходящие пакеты, по MAC-адресу или по всему сегменту и так далее. Всего маска может содержать до 20-ти условий, объединенных булевыми операндами "AND" и "OR". Понятно, что каждый пакет, приходящий на порт коммутатора, должен быть дополнительно проверен на соответствие условиям фильтрации, что требует дополнительных вычислительных ресурсов и может привести к снижению производительности. То, что в ES/1 один из двух процессоров выделен для проверки условий фильтрации, обеспечивает сохранение высокой производительности коммутатора при введенных администратором масках.

Наряду с отказами оборудования, ошибки обслуживающего персонала могут нарушить корректную работу ЛВС. Поэтому особо отметим еще один интересный режим виртуальной фильтрации коммутатора ES/1. В этом режиме фильтрация физически не включается, однако ведется набор статистики пакетов, удовлетворяющих условиям фильтрации. Это дает возможность администратору ЛВС заранее прогнозировать свои действия перед физическим включением фильтров.

Коммуникационные модули концентратора ES/1

ES/1 поддерживает до пяти модулей. Можно выбрать любую комбинацию модулей для Ethernet, Token Ring и FDDI, а также для высокоскоростных линий T1/E1 и T3/E3. Все модули, включая источники питания, могут заменяться без отключения от сети и выключения питания центрального устройства. Каждый модуль поддерживает набор конфигурируемых параметров для улучшения управляемости и собирает статистику.

QEIOM (Quad Ethernet I/O Module)

К этому модулю можно подключить до четырех независимых сегментов Ethernet. Каждый сегмент может передавать и получать информацию с обычной для Ethernet производительностью 14880 пакетов в секунду. ES/1 обеспечивает связь между этими четырьмя сегментами по типу мостов и маршрутизаторов, а также и со всей остальной сетью. Эти модули поставляются с различными типами разъемов: AUI, BNC, RJ-45 (витая пара) и ST (оптоволоконный кабель).

QTIOM (Token Ring I/O Module)

Через модуль QTIOM подключается до четырех 4 или 16 Mб/c сетей Token Ring. Модуль поддерживает все основные протоколы сети Token Ring - IBM Source Routing, Transparent Bridging и Source Routing Transparent - и обеспечивает "прозрачное" взаимодействие сетей Token Ring с сетями остальных типов, например Ethernet или FDDI. Модуль поставляется в вариантах для экранированной и неэкранированной витой пары.

IFIOM (Intelligent Dual-Attached FDDI I/O Module)

Модуль IFIOM подключает волоконно-оптический сегмент сети FDDI к ES/1 и обеспечивает прозрачное взаимодействие между разными типами сетей. Он поддерживает все функции FDDI-станции с двойным подключением к кольцу (Dual Attached Station). Этот модуль также поддерживает внешний оптический переключатель (Optical Bypass Switch), что обеспечивает повышенную отказоустойчивость сети при аварийном отключении ES/1. Поставляется в различных модификациях: для одномодового и многомодового волокна и в их комбинациях.

CEIOM24 (24-Port Concentrator Ethernet I/O Module)

Этот модуль включает в себя 24-портовый концентратор Ethernet на витой паре. Он увеличивает производительность сети при стоимости, меньшей, чем стоимость аналогичного внешнего устройства. Его порты сгруппированы в единый независимый сегмент Ethernet и взаимодействуют с другими модулями через коммутатор/маршрутизатор ES/1.

HIOM (High-Speed Serial Interface I/O Module)

HIOM позволяет осуществить подключение сетей к удаленным ЛВС по высокоскоростным линиям связи по протоколу HSSI со скоростью до 52 Мб/с. Поддерживается протокол PPP.

SNMP-управляемость

Модульный концентратор ES/1 может управляться с помощью любой стандартной системы управления, базирующейся на SNMP-протоколе, в том числе: HP OpenView, IBM NetView/6000, Sun NetManager и др. Для графического представления передней панели концентратора к перечисленным консолям управления добавляются специальные программные модули компании SMC семейства EliteView. Кроме того, имеется версия программного обеспечения мониторинга и управления, работающая под Windows: EliteView for Windows.

Типовые схемы использования концентратора ES/1

Создание вырожденной магистрали (Collapsed Backbone)

Вырожденная магистраль внутри коммутатора применяется в крупных корпоративных сетях. Несколько крупных сегментов локальной сети подключаются к портам концентратора, шина которого в этом случае выполняет роль основной магистрали с пропускной способностью в сотни Мб/с. Такой подход позволяет увеличить пропускную способность сети в несколько раз по сравнению с традиционным использованием мостов на каждом сегменте сети. При этом существенно повышаются возможности централизованного управления всеми элементами корпоративной сети.

Выделенный канал Ethernet (Dedicated Ethernet)

Эта схема подключения устройств к портам коммутируемых концентраторов применяется чаще всего для создания высокоскоростной магистрали (с гарантированной пропускной способностью 10 Мб/с) между концентратором и сервером локальной сети (обычно файловым сервером или сервером баз данных). Модульные концентраторы позволяют организовать при необходимости подключение сервера по высокоскоростному каналу FDDI или Fast Ethernet.

Транслирующая коммутация

Коммутация в ES/1 основана на синхронной протокольно-независимой технологии (Synchronous Protocol Independent technology), которая поддерживает основные технологии локальных сетей, позволяя осуществлять трансляцию между кадрами различных форматов. Поэтому коммутатор ES/1 может использоваться для соединения сетей различных типов - Ethernet, Token Ring, FDDI, причем трансляция происходит со скоростью коммутации и не создает перегрузок трафика при межсетевых передачах.

Образование виртуальных групп

По умолчанию коммутатор работает в режиме моста, изучая трафик, проходящий через его порты и строя таблицу адресов сегментов. С помощью программного обеспечения EliteView администратор может в удобной графической форме определить состав виртуальных рабочих групп, куда будут входить либо локальные сегменты, если к порту ES/1 подключен концентратор или сегмент Ethernet на коаксиальном кабеле, либо отдельные рабочие станции, если они подключены к порту индивидуально выделенным каналом. Виртуальные рабочие группы могут включать различные порты как одного, так и нескольких коммутаторов ES/1.

Виртуальные сети

Наряду с образованием виртуальных изолированных рабочих групп, защищающих данные и локализующих трафик, очень полезным свойством коммутатора является возможность объединения этих групп в интерсеть с помощью внутренней маршрутизации пакетов между виртуальными сегментами, которые объявляются виртуальными сетями (IP или IPX). При этом передача пакетов между портами, принадлежащими одной сети, происходит быстро на основании коммутации пакетов, в то же время пакеты, предназначенные другой сети, маршрутизируются. Таким образом, обеспечивается взаимодействие между виртуальными рабочими группами, и в то же время выполняются все функции по защите сетей друг от друга, обеспечиваемые маршрутизаторами.

Коммутаторы локальных сетей компании 3Com

Компания 3Com занимает прочные позиции на рынке коммутаторов, выпуская широкий спектр этих устройств для всех областей применения.

Сектор коммутаторов для настольных применений и рабочих групп представляют коммутаторы семейства Link Switch. Коммутаторы для сетей отделов и магистральные коммутаторы представлены семейством LANplex. Для сетей АТМ компания выпускает коммутаторы семейства CELLplex.

Технология коммутация неэффективна без опоры на специализированные БИС -ASIC, которые оптимизированы для быстрого выполнения специальных операций. Компания 3Сom строит свои коммутаторы на нескольких ASIC, разработанных для коммутации определенных протоколов.

• ASIC ISE (Intelligent Switching Engine) предназначена для выполнения операций коммутации Ethernet и FDDI, а также поддержки функций маршрутизации и управления. Используется в коммутаторах LANplex 2500, LANplex 6000 и LinkSwitch 2200.
• ASIC TRSE (Token Ring Switching Engine) выполняет коммутацию сетей Token Ring. Используется в коммутаторах LinkSwitch 2000 TR и LANplex 6000.
• ASIC BRASICA выполняет коммутацию Ethernet/Fast Ethernet. Поддерживает технологию виртуальных сетей и спецификацию RMON. Используется в коммутаторах LinkSwitch 1000 и LinkSwitch 3000.
• ASIC ZipChip поддерживает коммутацию ATM, а также преобразование кадров Ethernet в ячейки АТМ. используется в коммутаторах CELLplex 7000 и LinkSwitch 2700.

В следующей таблице приведены основные параметры коммутаторов семейства LinkSwitch.

Модель	LS 500	LS 1000	LS 1200LS 2200 LS 2700 LS 3000
Высокоско- ростной порт	Нет	100Base-T	FDDIFDDI ATM 100Base-T
Общая производительность	50 Мб/с	220 Мб/с	60 Мб/с130 Мб/с 120 Мб/с 310 Мб/с
Цена	$5100	$5850	$8220$11750 $10800 $12800
Цена за порт	$510	$244	$1370$735 $900 $2560
Кол. портов	10	24+1(2)	6 + 116 + 1 12 + 1 5
Количество MAC-адресов	8000	500	10168000 8200 4000
Метод продвижения	CT	CT, S&F	S&FS&F CT, S&F S&F

Примечания: СT - режим "на лету" (cut-through); S&F - с буферизацией (store-and-forward).

Коммутатор LANplex 6012 представляет собой старшую модель коммутатора локальных сетей, предназначенную для работы на уровне магистрали корпоративной сети.

Структурная схема коммутатора LANplex 6012 приведена на рисунке 7.2.

Структура коммутатора до сих пор выдает ориентацию его ранних версий на коммутацию FDDI/Ethernet. До появления модулей, выходящих на высокоскоростную протокольно-независимую шину HSI, коммутатор использовал шины FDDI для межмодульного обмена.

Основные характеристики коммутатора LANplex 6012:

• Устройство управления (отдельный модуль) поддерживает SNMP, RMON и FDDI SMT;
• Виртуальные сети создаются на основе:
• группирования портов;
• группирования МАС-адресов.
• Поддерживается IP и IPX маршрутизация (RIP):
• несколько подсетей на один порт;
• несколько портов на одну подсеть.
• IP- фрагментация;
• ASIC+RISC процессоры;
• Наличие функции Roving Analysis Port позволяет наблюдать за трафиком любого порта коммутатора;
• Поддержка алгоритма Spanning Tree;
• Фильтрация широковещательного шторма.

Рис. 7.2. Коммутатор LANplex 6012

Примеры АТМ-коммутаторов для локальных сетей

Коммутаторы CELLplex компании 3Com

Коммутатор CELLplex 7000 представляет собой модульное устройство на основе шасси, осуществляющее коммутацию до 16 портов ATM (4 модуля по 4 порта). Он предназначен для образования высокоскоростной ATM-магистрали сети путем соединения с другими ATM-коммутаторами или же для подключения высокоскоростных ATM-узлов к стянутой в точку магистрали сети на основе центра данных, имеющего порт ATM.

Коммутационный центр обеспечивает обмен данными по схеме 16(16, используя неблокирующую технологию коммутации "на лету" с общей пропускной способностью 2.56 Гб/с и поддерживая до 4096 виртуальных каналов на порт.

Пассивная внутренняя шина коммутатора обеспечивает передачу данных со скоростью до 20.48 Гб/с, обеспечивая переход в будущем на интерфейсные модули с большим количеством портов или с более скоростными портами.

Полностью избыточное шасси со сдвоенным источником питания, продублированным коммутационным центром и модульное построение делают коммутатор CELLplex 7000 отказоустойчивым устройством, подходящим для построения магистрали сети и удовлетворяющим требованиям наиболее важных приложений.

Имеются два типа интерфейсных модулей:

• модуль с 4 портами OC-3c 155 Мб/с для многомодового оптоволоконного кабеля, предназначенный для локальных связей;
• модуль с 4 портами DS-3 45 Мб/с - для глобальных связей.

Коммутатор поддерживает основные спецификации технологии ATM: установление коммутируемых виртуальных каналов (SVC) по спецификациям UNI 3.0 и 3.1, поддержку постоянных виртуальных каналов (PVC) с помощью системы управления, Interim Interswitch Signaling Protocol (IISP), эмуляцию локальных сетей (LAN emulation), управление перегрузками (congestion management).

Управление коммутатором реализовано для стандартов: SNMP, ILMI, MIB 2, ATM MIB, SONET MIB. Используется система управления Transcend.

Коммутатор CELLplex 7200 совмещает функции ATM-коммутатора и Ethernet-комму-
татора, одновременно позволяя ликвидировать узкие места на магистрали сети и в сетях отделов.

CELLplex 7200 обеспечивает полноскоростные Ethernet-каналы для разделяемых сегментов локальных сетей, серверов и отдельных рабочих станций, требующих повышенного быстродействия. Кроме этого, коммутатор может быть сконфигурирован с портами ATM для соединения с коммутаторами рабочих групп, ATM-серверами и рабочими станциями, а также для подключения к ATM-магистрали сети.

Коммутационный ATM-центр (8(8) совмещен с процессором Ethernet/ATM коммутации на микросхеме ZipChip. ZipChip преобразует пакеты данных Ethernet в стандартные ячейки ATM, а затем коммутирует их со скоростью до 780000 ячеек в секунду.

В отличие от модели CELLplex 7000 модель CELLplex 7200 имеет не два, а четыре типа интерфейсных модулей:

• модуль с двумя портами ATM OC-3c;
• модуль с двумя портами DS-3;
• модуль с 12 портами Ethernet и одним портом ATM OC-3c;
• модуль с 12 портами Ethernet и одним портом ATM DS-3.

Остальные характеристики коммутаторов CELLplex 7200 и CELLplex 7000 практически совпадают.

Коммутаторы технологии ATM LattisCell и EtherCell компании Bay Networks

Семейство продуктов, разработанных компанией Bay Networks для технологии ATM, состоит из коммутаторов LattisCell (только ATM-коммутация), коммутатора EtherCell (коммутация Ethernet-ATM), программного обеспечения ATM Connection Management System и программного обеспечения ATM Network Management Application.

Поставляется несколько моделей коммутаторов ATM, каждый из которых обеспечивает определенное сочетание физических уровней, сред передачи и возможностей резервирования источников питания.

Коммутатор EtherCell предназначен для устранения "узких мест" в рабочих группах локальных сетей, использующих традиционную разделяемую среду передачи данных технологии Ethernet. С помощью этого коммутатора можно разгрузить линии связи с серверами и маршрутизаторами. Модель 10328 EtherCell имеет 12 портов 10Base-T и прямой доступ к сети ATM. Порты Ethernet могут предоставлять выделенную полосу пропускания 10 Мб/с за счет их коммутации.

Программное обеспечение ATM Connection Management System (CMS) размещается на рабочей станции SunSPARCStation, выполняя функции координации и управления соединениями коммутатора. CMS автоматически изучает сетевую топологию и устанавливает виртуальные ATM-соединения между взаимодействующими станциями.

Программное обеспечение ATM Network Management Application, работая совместно с CMS, обеспечивает управление сетью ATM на центральной станции управления.

Модель ATM коммутатора LattisCell 10114A разработана для использования в сетях кампусов (расстояние между коммутаторами до 2 км) и представляет собой устройство, выполненное в виде автономного корпуса с фиксированным количеством портов, число которых равно 16. Для каждого порта обеспечивается пропускная способность в 155 Мб/с по многомодовому оптоволоконному кабелю. Функции физического уровня реализованы в соответствии со стандартами SONET/SDH 155 Мб/с, а также UNI 3.0

Архитектура FastMatrix обеспечивает общую внутреннюю скорость передачи данных 5 Гб/с, позволяющую производить коммутацию всех портов без блокировок. Поддерживаются функции широковещательной (broadcast) и многовещательной (multicast) передачи.

Запрос на установление соединения может быть выполнен для различных уровней качества сервиса (Quality of Service, QoS):

• QoS 1 - используется для сервиса CBR (постоянная битовая скорость);
• QoS 2 - используется для сервиса VBR RT (переменная битовая скорость приложений реального времени);
• QoS 3/4 - используется для сервиса VBR, предназначенного для передачи данных локальных сетей по процедурам с установлением соединений и без установления соединений;
• QoS 0 - используется для сервиса UBR.

Управление устройством осуществляется также с помощью программной системы CMS, для которой необходимы: SunSPARCStation 2 или выше, Sun OS 4.1.3 или выше для невыделенного Ethernet-соединения или Solaris 2.4 для прямого ATM-соединения.

Другие модели коммутаторов LattisCell (10114R, 10114A-SM, 10114R-SM, 10114R-SM, 10114-DS3, 10114-E3, 10115A, 10115R) различаются наличием резервного источника питания, а также типом портов (общее количество портов в любой модели составляет 16). Кроме многомодовых портов, коммутаторы могут иметь одномодовые оптоволоконные порты (для сетей кампусов с расстоянием до 25 км), а также порты для коаксиального кабеля с интерфесами DS-3 (45 Мб/с) и E3 (34 Мб/с) для подключения к глобальным сетям через линии T3/E3.

Модели коммутатора EtherCell (10328-F и 10328-SM) обеспечивают коммутацию Ethernet-Ethernet и Ethernet-ATM. Эти модели имеют 12 портов 10Base-T RJ-45 и один порт прямого доступа к ATM со скоростью 10 Мб/с. Порты 10Base-T могут использоваться для предоставления полной скорости 10 Мб/с выделенной линии для высокоскоростных серверов или же для разделения ее между сегментом станций рабочей группы.

Модель EtherCell 10328-F поддерживает многомодовый оптоволоконный кабель для связи с сетью ATM на расстоянии до 2 км.

Модель EtherCell 10328-SM поддерживает одномодовый оптоволоконный кабель для связи с сетью ATM на расстоянии до 20 км.

Коммутаторы поддерживают стандарт LAN emulation, определяющий взаимодействие локальных сетей с сетями ATM на уровне протоколов канального уровня. Кроме этого, поддерживаются спецификации UNI, MIB-II, EtherCell-MIB и стандартный формат MIB компании Bay Networks.

Через ATM-порт коммутаторы EtherCell могут соединяться с портом SONET/SDH коммутатора LattisCell.

Коммутаторы EtherCell включают программу-агент HSA (Host Signaling Agent), которая является агентом-посредником для Ethernet-хостов.

Коммутаторы EtherCell поддерживают образование виртуальных групп, распределенных по ATM-магистрали сети, образованной коммутаторами LattisCell.

Коммутатор LightStream 1010 компании Cisco

Коммутатор LightStream 1010 является ATM коммутатором для образования магистралей сетей отделов или кампусов.

Коммутатор обладает общей производительностью 5 Гб/с и выполнен на базе 5-слотового шасси.

В центральном слоте устанавливается модуль управления коммутацией ATM Switch Processor (ASP), который имеет разделяемую память со скоростью доступа 5 Гб/с, полностью неблокирующую коммутационную матрицу, а также высокопроизводительный RISC-процессор MIPS R4600 100 MHz. Модуль ASP работает под управлением межсетевой операционной системы IOS, как и маршрутизаторы и коммутаторы старших моделей компании Cisco. Программное обеспечение модуля ASP может заменяться "на ходу", то есть без остановки коммутатора, что важно в условиях часто изменяющихся спецификаций ATM Forum.

Оставшиеся 4 слота используются для установки интерфейсных модулей CAM, в каждый из которых можно установить до 2-х модулей адаптеров портов PAM. Таким образом, коммутатор может иметь в максимальной конфигурации до 8 модулей PAM из следующего набора:

• 1 порт ATM 622 Мб/с (OC12) (одномодовый);
• 1 порт АТМ 622 Мб/с (OC12) (многомодовый);
• 4 порта ATM 155 Мб/с (OC3с) (одномодовый);
• 4 порта ATM 155 Мб/с (OC3с) (многмодовый);
• 4 порта ATM 155 Мб/с (OC3с) (по неэкранированной витой паре UTP Cat 5);
• 2 порта DS3/T3 45 Мб/с;
• 2 порта E3 34 Мб/c.

Коммутатор LightStream 1010 одним из первых в отрасли поддерживает спецификацию маршрутизации PNNI Phase 1, необходимую для маршрутизации коммутируемых соединений (SVC) в неоднородных АТМ-сетях с учетом требуемого качества обслуживания.

Поддерживаются все определенные ATM Forum виды трафика, в том числе ABR.

Для соединений "пользователь - коммутатор" используется протокол UNI 3.0 (в ближайшее время ожидается также поддержка UNI 3.1).

Коммутатор LightStream 1010 может выполнять роль центрального коммутатора в сети кампуса (рисунок 7.3).

Рис. 7.3. Магистральная сеть Московского государственного университета