Реферат: Розробка структурної схеми комп’ютерної мережі

Розробники технології Gigabit Ethernet зберегли велику ступінь наступності з технологіями Ethernet і Fast Ethernet. Gigabit Ethernet використовує ті ж формати кадрів, що і попередні версії Ethernet, працює в повнодуплексном і напівдуплексному режимах, підтримуючи на поділюваному середовищі той же метод доступу CSMA/CD з мінімальними змінами.

3. Аналіз заданої топології

Технологія комутації сегментів Ethernet була запропонована фірмою Kalpana в 1990 році у відповідь на зростаючі потреби в підвищенні пропускної здатності зв'язків високопродуктивних серверів із сегментами робочих станцій.

Головною причиною підвищення продуктивності мережі при використанні комутатора є паралельна обробка декількох кадрів. Перевага комутатора, завдяки якій він завоював дуже гарні позиції в локальних мережах, це його висока продуктивність, то розробники комутаторів намагаються випускати так звані що не блокують (non-blocking ) моделі комутаторів.

Комутатор, що не блокує, - це такий комутатор, що може передавати кадри через свої порти з тією же швидкістю, з якої вони на них надходять, при умові, що не відбувається блокування кадрів через обмежену швидкість вихідного порту.

Широкому застосуванню комутаторів, безумовно, сприяло та обставина, що впровадження технології комутації не вимагало заміни встановленого в мережах обладнання - мережевих адаптерів, концентраторів, кабельної системи. Порти комутаторів працювали у звичайному напівдуплексному режимі, тому до них прозоро можна було підключити як кінцевий вузол, так і концентратор, що організує цілий логічний сегмент. Незважаючи на те що в комутаторах працюють відомі й добре відпрацьовані алгоритми прозорих мостів і мостів з маршрутизацією від джерела, існує велика розмаїтість моделей комутаторів. Вони відрізняються як внутрішньою організацією, так і набором виконуваних додаткових функцій, таких як трансляція протоколів, підтримка алгоритму покриваючого дерева, утворення віртуальних логічних мереж і ряду інших.

Особливості технічної реалізації комутаторів. Після того як технологія комутації привернула загальну увагу й отримала високі оцінки фахівців, багато компаній зайнялися реалізацією цієї технології у своїх пристроях, застосовуючи для цього різні технічні рішення. Багато комутаторів першого покоління були схожі на маршрутизатори, тобто ґрунтувалися на центральному процесорі загального призначення, пов'язаному з інтерфейсними портами по внутрішній швидкісній шині.

Комутатор на процесорі загального призначення

Основним недоліком таких комутаторів була їхня низька швидкість.

Комутаційна матриця забезпечує основний і найшвидший спосіб взаємодії процесорів портів, саме він був реалізований у першому промисловому комутаторі локальних мереж.

Реалізація комутаційної матриці 8x8 за допомогою двійкових перемикачів

Особливістю комутаційної матриці залишається технологія комутації фізичних каналів. Відомим недоліком цієї технології є відсутність буферизації даних усередині комутаційної матриці - якщо складений канал неможливо побудувати через зайнятість вихідного порту або проміжного комутаційного елемента, то тоді дані повинні накопичуватися в їхньому джерелі, у цьому випадку - у вхідному блоці порту, що прийняв кадр. Основні переваги таких матриць - висока швидкість комутації й регулярна структура, що зручно реалізовувати в інтегральних мікросхемах.

У комутаторах із загальною шиною процесори портів зв'язують високошвидкісною шиною, яка використовується в режимі поділу часу. Щоб шина не блокувала роботу комутатора, її продуктивність повинна дорівнювати принаймні сумі продуктивності всіх портів комутатора.

Архітектура комутатора з загальною шиною

Кадр повинен передаватися по шині невеликими частинами, по декілька байт, щоб передача кадрів між декількома портами відбувалася в псевдопаралельному режимі, не вносячи затримок у передачу кадру в цілому. Вхідний блок процесора поміщає в комірку, прийнятний по шині, тег, у якому вказує номер порту призначення. Кожен вихідний блок процесора порту містить фільтр тегів, що вибирає теги, призначені даному порту. Шина, так само як і комутаційна матриця, не може здійснювати проміжну буферизацію, але тому що дані кадру розбиваються на невеликі комірки, то затримок з початковим очікуванням доступності вихідного порту в такій схемі немає - тут працює принцип комутації пакетів, а не каналів.

Третя базова архітектура взаємодії портів – двовхідна поділювана пам'ять.

Архітектура поділюваної пам'яті

Вхідніблокипроцесорівпортівз'єднуютьсязвходомперемикачем,що,поділяєпам'ять,авихідніблокицихжепроцесорівз'єднуютьсяперемикачемзвиходомцієїпам'яті.Перемиканнямвходуйвиходуподілюваноїпам'ятіуправляєменеджерчергвихіднихпортів.Уподілюванійпам'ятіменеджерорганізуєкількачергданих,пооднійдлякожноговихідногопорту.Вхідніблокипроцесорівпередаютьменеджеровіпортівзапитиназаписданихучергутогопорту,щовідповідаєадресіпризначенняпакета.Менеджерпочерзіпідключаєвхідпам'ятідоодномуізвхіднихблоківпроцесорівітойпереписуєчастинуданихкадрувчергупевноговихідногопорту.Помірізаповненнячергменеджерробитьтакожпочерговепідключеннявиходуподілюваноїпам'ятідовихіднихблоківпроцесорівпортів,іданіізчергилистуютьсяувихіднийбуферпроцесора.

Комбіновані комутатори.У кожної з описаної архітектури є свої переваги й недоліки, тому часто в складних комутаторах ці архітектури застосовуються в комбінації одна з одною.

Комбінування архітектури комутаційної матриці й загальної шини

Комутатор складається з модулів з фіксованою кількістю портів (2-12), виконаних на основі спеціалізованій ВІС, що реалізує архітектуру комутаційної матриці. Якщо порти, між якими потрібно передати кадр даних, належать одному модулю, то передача кадру здійснюється процесорами модуля на основі наявної в модулі комутаційної матриці. Якщо ж порти належать різним модулям, то процесори спілкуються по загальній шині. При такій архітектурі передача кадрів всередині модуля буде відбуватися швидше, ніж при міжмодульній передачі, тому що комутаційна матриця - найбільш швидка, хоча й найменш масштабований спосіб взаємодії портів. Швидкість внутрішньої шини комутаторів може досягати десятки Гбіт/с.

4. Вибір обладнання

Отже ми з'ясували що комутатори зв'язують процесори портів по трьох основних схемах - комутаційна матриця, загальна шина й поділювана пам'ять. У комутаторах з фіксованою кількістю портів звичайно використовується комутаційна матриця, а в модульних комутаторах - сполучення комутаційної матриці в окремих модулях із загальною шиною й поділюваною пам'яттю для зв'язку модулів.

Для підтримки режиму, що не блокує, роботи комутатора загальна шина або поділювана пам'ять повинні мати продуктивність, що перевищує сумарну продуктивність всіх портів максимальної швидкісного набору модулів, які встановлюються в шасі.

Основними характеристиками продуктивності комутатора є: швидкість фільтрації кадрів, швидкість просування кадрів, загальна пропускна здатність по всіх портах у мегабітах за секунду, затримка передачі кадру. На характеристики продуктивності комутатора впливають: тип комутації – "на льоту" або з повною буферизацією, розмір адресної таблиці, розмір буфера кадрів.

Для автоматичної підтримки резервних зв'язків у складних мережах у комутаторах реалізується алгоритм покриваючого дерева ‑ Spanning Tree Algorithm. Цей алгоритм заснований на періодичній генерації службових кадрів, за допомогою яких виявляються й блокуються петлевидні зв'язку в мережі. Комутатори можуть поєднувати сегменти різних технологій локальних мереж, транслюючи протоколи канального рівня у відповідності зі специфікацією IEEE 802.1Н.