Реферат на тему коммутация

Обновлено: 07.07.2024

Коммутация пакетов с использованием виртуальных каналов - это технологии передачи данных сетевого уровня, объединяющие свойства коммутации каналов и коммутации пакетов. При этом в значительной мере удается реализовать достоинства обоих методов коммутации. В настоящее время достаточно широко применяются технологии сетей X.25, Frame Relay, ATM.

Данные передаются на сетевом уровне в виде пакетов, имеющих стандартную структуру и размеры. Пакеты данных от одного конечного узла DTE к другому конечному узлу DTE можно передавать в сети только после установления соединения - специальной сетевой процедуры создания виртуального канала. Виртуальное соединение в отличие от физического соединения не закрепляет жестко ресурсы канала передачи данных, виртуальное соединение необходимо только для указания выбранного в соединении постоянного маршрута для доставки пакетов. Пакеты разных виртуальных каналов могут конкурировать за доступ к каналу передачи данных, так как один канал может обслуживать несколько виртуальных соединений.

PVC создаются вручную и закрепляются постоянно аналогично выделенным телефонным линиям. Стоимость PVC намного ниже, чем выделенных линий, так как пропускная способность каналов передачи данных делится между многими пользователями. В большинстве случаев нет необходимости поддерживать PVC (и платить за него), виртуальное соединение SVC создают только на периоды передачи данных. Создание SVC, т.е. выбор маршрута для доставки пакетов, производится коммуникационными узлами (маршрутизаторами) автоматически по специальной заявке, поступающей от конечного узла. После окончания передачи данных SVC отключается также с помощью специальной процедуры.

Естественно, что создание виртуального канала между конечными узлами требует передачи их полных сетевых адресов. Адресация сетевых пакетов по уже созданному виртуальному соединению производится с помощью идентификатора виртуального канала VCI. Значение VCI определяется при создании виртуального канала, в отличие от сетевого адреса имеет не глобальный, а локальный смысл, т.е. каждый маршрутизатор присваивает определенный номер создаваемому виртуальному каналу на каждом участке сети. Причем во входном порте VCI имеет одно значение, а выходном порте - уже другое. Эти значения VCI регистрируются в специальных таблицах коммутации портов маршрутизатора и для передаваемых по виртуальному каналу пакетов автоматически изменяются при передаче с входного порта в выходной. Так как число поддерживаемых одновременно виртуальных каналов в маршрутизаторе относительно невелико, объем таблиц коммутации портов и размер VCI также небольшой.

В соответствии с этими факторами маршрутизация пакетов существенно ускоряется. Кроме того, использование простых и небольших по размеру VCI позволяет существенно сократить объем служебных полей пакета и соответственно повысить скорость передачи полезной информации. Следует отметить, что это преимущества уже созданного виртуального соединения. А создание виртуального соединения - это сложная и достаточно громоздкая процедура, обычно она выполняется по запросу конечного узла с помощью специального служебного пакет Call Request. Если в процессе передачи данных виртуальный канал отказывает по какой-либо причине, продолжение передачи данных возможно только после создания нового виртуального канала. Необходимо также учитывать, что из-за большого числа коммуникационных устройств, поддерживающих функционирование виртуального канала, вероятность отказов существенно выше, чем в процедурах канального уровня. Поэтому на сетевом уровне необходимы более жесткие процедуры контроля работы и восстановления корректной работы после сбоев.

Сервисы ISDN обладают гораздо более высоким качеством, чем аналоговых телефонных сетей. Кроме более высокой помехоустойчивости ISDN предоставляет два типа интерфейсов для пользователей: базовый (BRI) и первичный (PRI) интерфейсы. BRI содержит 2 B канала и D канал (2х64+16) с суммарной пропускной способностью 144 кбит/с. PRI - по европейским стандартам 30 B и D канал (30х64+64) с суммарной пропускной способностью 1984 кбит/с. Телефонные аппараты подключаются через S интерфейс (B+D). Стандарты определяют три нижних уровня, на сетевом уровне определены процедуры установления соединения (коммутация каналов).

Стандарт X.25 "Интерфейс между оконечным оборудованием данных и аппаратурой передачи данных для терминалов, работающих в пакетном режиме в сетях передачи данных общего пользования" существует с 1974 г. и в последующие годы несколько раз пересматривался. Стандарт охватывает три нижних уровня сети, но внутреннюю структуру сети не описывает, а определяет пользовательский интерфейс с сетью.

Технология X.25 основана на коммутации пакетов и виртуальных каналах, обладает низкой производительностью, но эффективно работает на линиях связи с высоким уровнем помех, создавалась для работы на ненадежных аналоговых телефонных каналах. Высокая помехоустойчивость обеспечивается контролем данных и коррекцией ошибок на 2 уровнях: канальном и сетевом. Алгоритмы работы этих уровней и решаемые ими задачи во многом дублируют друг друга.

На физическом уровне предполагается использование последовательного интерфейса стандарта Х.21. На канальном уровне - стандартный протокол LAP-B семейства HDLC. Сетевой уровень определяется протоколом PLP (X.25/3), который предусматривает маршрутизацию пакетов, установление и разрыв соединения, управление потоком пакетов. Алгоритмы маршрутизации в стандарте не рассматриваются, предполагается использование любых реализуемых процедур маршрутизации. Пакеты могут иметь различный объем поля данных от 16 байт до 4 кбайт, размер поля данных по умолчанию 128 байт. Предусмотрено 14 типов пакетов.

В сети X.25 используется следующая терминология: оконечные терминалы (узлы-потребители сетевых ресурсов) DTE, оборудование передачи данных (например, модемы) DCE, коммутаторы пакетов PSE. Для простых терминалов, которые в силу ограниченных функциональных возможностей не могут поддерживать необходимые сетевые процедуры, существуют "сборщики-разборщики" пакетов PAD. Для сети X.25 только PAD являются терминалами, а "неинтеллектуальные" терминалы получают доступ к сети, передавая и получая данные через PAD. Обычно PAD предусматривает подключение нескольких простых терминалов.

DTE получают доступ к сетевым ресурсам через PSE. PSE и структура их связей образуют "облако" (топологию) сети, они выполняют процедуры создания виртуальных каналов, передают пакеты по действующим виртуальным каналам. Виртуальные каналы в X.25 называют логическими каналами. Каждый физический канал в PSE поддерживает несколько логических каналов, каждый PSE в любом из своих портов поддерживает множество логических каналов.

Адресация DTE выполняется в соответствии со стандартом X.121, который обеспечивает единое мировое пространство адресов. Сетевые адреса, как указывалось ранее, составные, т.е. элементы адреса зависят от места нахождения DTE в облаке сети. Предусмотрено три варианта адресации с идентификаторами - десятичными цифрами:

· международный сетевой адрес с префиксом "0", содержащий код страны (250, 251 для России и СНГ), номер сети в стране (1 цифра) и номер узла (до 10 цифр);

· международный телефонный номер с префиксом "9", содержащий код страны (три цифры) и телефонный номер в стране (до 11 цифр);

· внутренний сетевой адрес, содержащий номер сети и номер узла (до 10 цифр).

Сети X.25 применяют при высоких требованиях к надежности передачи данных, эти протоколы поддерживаются многими маршрутизаторами, шлюзами и т.п. Однако передача данных производится с неопределенной задержкой, которая может изменяться в весьма широких пределах. Например, эти сети нельзя использовать даже для организации голосовой связи.

PSE в соответствии с протоколом X.25 не поддерживают обмен маршрутной информацией и оптимизацию маршрутов. Хотя реализуемые ими функции сложнее, чем коммуникационных устройств канального уровня, однако по сравнению с маршрутизаторами других сетевых технологий функции PSE существенно проще. PSE может поддерживать до 4096 логических каналов одновременно. Наиболее сложная процедура, не определенная в рамках протокола, - маршрутизация при создании логического канала. После создания логического канала для передачи пакетов используются не сетевые адреса, имеющие большие размеры, и алгоритмы маршрутизации, а идентификаторы логических каналов и таблицы коммутации портов PSE. Как уже отмечалось, процедуры доставки пакетов в созданном логическом канале во многом аналогичны процедурам канального уровня HDLC. Однако механизмы контроля работы логических каналов должны быть более строгими. На канальном уровне обеспечивается управление взаимодействием только двух устройств. В логическом канале кроме двух DTE должны корректно взаимодействовать несколько PSE. Благодаря высокой эффективности канального уровня вероятность искажения и потери пакетов невелика, однако строгие процедуры контроля работы логических каналов необходимы.

Протокол PLP определяет 5 режимов:

1) Установление соединения - процедура создания логического канала между DTE.

2) Режим передачи данных - обмен данными по логическому каналу, включая сегментацию, заполнение недостающих бит, контроль ошибок и управление потоком.

4) Сброс соединения - освобождение всех ресурсов, поддерживавших работу логического канала.

5) Режим рестарта.

Самую сложную структуру полей управления имеет пакет установления соединения CALL REQUEST.

§ 1. Коммутация пакетов

§ 2. Адресация узлов сети

§ 3. Коммутация каналов

Введение

Технология взаимодействия в сети сводится к передаче информации — коммутации.

В общем случае решение каждой из задач коммутации — определение потоков и соответствующих маршрутов, фиксация маршрутов в конфигурационных параметрах и таблицах сетевых устройств, распознавание потоков и передача данных между интерфейсами одного устройства, мультиплексирование и демультиплексирование потоков и разделение среды передачи — зависит от решения остальных. Комплекс технических решений обобщенной задачи коммутации в своей совокупности составляет базис любой сетевой технологии. От того, какой механизм прокладки маршрутов, продвижения данных и совместного использования каналов связи заложен в той или иной сетевой технологии, зависят ее фундаментальные свойства.

Среди множества возможных подходов к решению задачи коммутации абонентов в сетях выделяют два основополагающих:

1. коммутация каналов (circuit switching);

2. коммутация пакетов (packet switching).

Внешне обе эти схемы соответствуют приведенной общей структуре сети, однако возможности и свойства их различны.

Сети с коммутацией каналов имеют более богатую историю, они ведут свое происхождение от первых телефонных сетей. Сети с коммутацией пакетов сравнительно молоды, они появились в конце 60-х годов как результат экспериментов с первыми глобальными компьютерными сетями. Каждая из этих схем имеет свои преимущества и недостатки, но по долгосрочным прогнозам многих специалистов будущее принадлежит технологии коммутации пакетов, как более гибкой и универсальной.

Техника коммутации пакетов была специально разработана для эффективной передачи компьютерного трафика. Эксперименты по созданию первых компьютерных сетей на основе техники коммутации каналов показали, что этот вид коммутации не позволяет достичь высокой общей пропускной способности сети. Типичные сетевые приложения генерируют трафик очень неравномерно, с высоким уровнем пульсации скорости передачи данных. Например, при обращении к удаленному файловому серверу пользователь сначала просматривает содержимое каталога этого сервера, что порождает передачу небольшого объема данных. Затем пользователь открывает требуемый файл в текстовом редакторе, и эта операция может создать достаточно интенсивный обмен данными, особенно если файл содержит объемные графические включения. После отображения нескольких страниц файла пользователь некоторое время работает с ними локально, что вообще не требует передачи данных по сети. Затем пользователь возвращает модифицированные копии страниц на сервер — и это снова порождает интенсивную передачу данных по сети.

Коэффициент пульсации трафика отдельного пользователя сети, равный отношению средней интенсивности обмена данными к максимально возможной, может достигать 1:50 или даже 1:100. Если для описанного сеанса организовать коммутацию канала между компьютером пользователя и сервером, то большую часть времени канал будет простаивать. В то же время коммутационные возможности сети будут закреплены за данной парой абонентов и останутся недоступными другим пользователям сети.

Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, когда выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета. В этом случае пакет находится некоторое время в очереди пакетов в буферной памяти выходного порта, а когда до него дойдет очередь, то он передается следующему коммутатору. Такая схема передачи данных позволяет сглаживать пульсации трафика на магистральных связях между коммутаторами и тем самым использовать их наиболее эффективным образом для повышения пропускной способности сети в целом.

Конечно, для пары абонентов наиболее эффективным было бы предоставление им в единоличное пользование скоммутированного канала связи, как это делается в сетях с коммутацией каналов. При этом способе время взаимодействия этой пары абонентов было бы минимальным, так как данные без задержек передавались бы от одного абонента другому. Простои канала во время пауз передачи абонентов не интересуют, для них важно быстрее решить свою собственную задачу. Сеть с коммутацией пакетов замедляет процесс взаимодействия конкретной пары абонентов, так как их пакеты могут ожидать в коммутаторах, пока по магистральным связям передаются другие пакеты, пришедшие в коммутатор ранее.

Тем не менее общий объем передаваемых сетью компьютерных данных в единицу времени при коммутации пакетов выше, чем при коммутации каналов. Это происходит потому, что пульсации отдельных абонентов в соответствии с законом больших чисел распределяются во времени так, что их пики не совпадают. Поэтому коммутаторы постоянно и достаточно равномерно загружены работой, если число обслуживаемых ими абонентов действительно велико. Трафик, поступающий от конечных узлов на коммутаторы, очень неравномерно распределен во времени. Однако коммутаторы более высокого уровня иерархии, которые обслуживают соединения между коммутаторами нижнего уровня, загружены более равномерно, и поток пакетов в магистральных каналах, соединяющих коммутаторы верхнего уровня, имеет почти максимальный коэффициент использования. Буферизация сглаживает пульсации, поэтому коэффициент пульсации на магистральных каналах гораздо ниже, чем на каналах абонентского доступа — он может быть равным 1:10 или даже 1:2.

Более высокая эффективность сетей с коммутацией пакетов по сравнению с сетями с коммутацией каналов (при равной пропускной способности каналов связи) была доказана в 60-е годы как экспериментально, так и путем имитационного моделирования. Здесь уместна аналогия с мультипрограммными операционными системами. Каждая отдельная программа в такой системе выполняется дольше, чем в однопрограммной системе, когда программе выделяется все процессорное время, пока она не завершит свое выполнение. Однако общее число программ, выполняемых за единицу времени, в мультипрограммной системе больше, чем в однопрограммной. Достоинства сетей с коммутацией пакетов:

1. Высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика.

2. Возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи между абонентами в соответствии с реальными потребностями их трафика.

К недостаткам сетей с коммутацией пакетов относятся следующие.

1. Неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети, обусловленная зависимостью задержек в очередях буферов коммутаторов сети от общей загрузки сети.

2. Переменная величина задержки пакетов данных, которые могут достигать значительных величин в моменты мгновенных перегрузок сети.

3. Возможные потери данных из-за переполнения буферов.

В настоящее время активно разрабатываются и внедряются методы, позволяющие преодолеть указанные недостатки, которые особенно остро проявляются для чувствительного к задержкам трафика, требующего при этом постоянной скорости передачи.

Сети с коммутацией пакетов, в которых реализованы методы обеспечения качества обслуживания, позволяют одновременно передавать различные виды трафика, в том числе такие важные, как телефонный и компьютерный. Поэтому методы коммутации пакетов сегодня считаются наиболее перспективными для построения конвергентной сети, которая обеспечит комплексные качественные услуги для абонентов любого типа. Сегодня они с успехом работают не только в традиционных телефонных сетях, но и широко применяются для образования высокоскоростных постоянных соединений в так называемых первичных (опорных) сетях технологий SDH и DWDM, которые активно используются для создания магистральных физических каналов между коммутаторами телефонных или компьютерных сетей. В будущем вполне возможно появление новых технологий коммутации, в том или ином виде комбинирующих принципы коммутации пакетов и каналов.

§ 2. Адресация узлов сети Еще одной новой проблемой, которую нужно учитывать при объединении трех и более компьютеров, является проблема их адресации, точнее адресации их сетевых интерфейсов.

Один компьютер может иметь несколько сетевых интерфейсов. Например, для создания полносвязной структуры из N компьютеров необходимо, чтобы у каждого из них имелся NI интерфейс.

Адреса — это последовательности символов для индивидуального различения объектов. Адреса могут быть числовыми и символьными. Один и тот же адрес может быть записан в разных форматах.

Адреса могут использоваться для идентификации не только отдельных интерфейсов, но и их групп (групповые адреса). С помощью групповых адресов данные могут направляться одновременно сразу нескольким узлам. Во многих технологиях компьютерных сетей поддерживаются так называемые широковещательные адреса.

Данные, направленные по такому адресу, должны быть доставлены всем узлам сети. Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках некоторой схемы адресации, называется адресным пространством.

Адресное пространство может иметь плоскую (линейную) организацию или иерархическую организацию. В первом случае (т.е если адресация плоская или линейная) множество адресов никак не структурировано. При иерархической схеме адресации оно организовано в виде вложенных друг в друга подгрупп, которые, последовательно сужая адресуемую область, в конце концов, определяют отдельный сетевой интерфейс.

Иерархическая адресация во многих случаях оказывается более рациональной, чем плоская. В больших сетях, состоящих из многих тысяч узлов, использование плоских адресов может привести к большим издержкам — конечным узлам и коммуникационному оборудованию придется оперировать с таблицами адресов, состоящими из тысяч записей. В противоположность этому, иерархическая система адресации позволяет при перемещении данных до определенного момента пользоваться только старшей составляющей адреса, затем для дальнейшей локализации адресата воспользоваться следующей по старшинству частью и в конечном счета — младшей частью. Примером иерархически организованных адресов являются обычные почтовые адреса, в которых последовательно уточняется место нахождения адресата (страна, город, улица, дом, квартира).

К адресу сетевого интерфейса и схеме его назначения можно предъявить несколько требований.

1.Адрес должен уникально идентифицировать сетевой интерфейс в сети любого масштаба.

2.Схема назначения адресов должна сводить к минимуму ручной труд администратора и вероятность дублирования адресов.

3.Желательно, чтобы адрес имел иерархическую структуру, удобную для построения больших сетей.

5.Адрес должен быть по возможности компактным, чтобы не перегружать память коммуникационной аппаратуры — сетевых адаптеров, маршрутизаторов и т. п.

Примером плоского числового адреса является МАС-адрес, предназначенный для однозначной идентификации сетевых интерфейсов в локальных сетях. Такой адрес обычно используется только аппаратурой, поэтому его стараются сделать по возможности компактным и записывают в виде двоичного или шестнадцатеричного значения, например 81 005е24а8. При задании МАС-адресов не требуется выполнение ручной работы, так как они обычно встраиваются в аппаратуру компанией-изготовителем, поэтому их называют также аппаратными (hardware) адресами. Использование плоских адресов является жестким решением — при замене аппаратуры, например, сетевого адаптера, изменяется и адрес сетевого интерфейса компьютера.

§ 3. Коммутация каналов Коммутационная сеть в случае коммутации каналов образует между конечными узлами непрерывный составной физический канал из последовательно соединенных коммутаторами промежуточных канальных участков. Условием того, что несколько физических каналов при последовательном соединении образуют единый физический канал, является равенство скоростей передачи данных в каждом из составляющих физических каналов. Равенство скоростей означает, что коммутаторы такой сети не должны буферизовать передаваемые данные. В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал. И только после этого можно начинать передавать данные.

Техника коммутации каналов имеет свои достоинства и недостатки. Основные достоинства перечислены ниже.

1. Постоянная и известная скорость передачи данных по установленному между конечными узлами каналу. Это позволяет пользователю сети на основе заранее произведенной оценки требуемой для качественной передачи данных пропускной способности установить в сети канал нужной скорости.

2. Низкий и постоянный уровень задержки передачи данных через сеть. Это позволяет качественно передавать данные, чувствительные к задержкам (называемые также трафиком реального времени) — голос, видео, различную технологическую информацию.

К недостаткам сетей с коммутацией каналов относятся следующие.

2. Нерациональное использование пропускной способности физических каналов. После установления соединения часть пропускной способности отводится составному каналу на все время соединения, то есть до тех пор, когда соединение не будет разорвано по инициативе абонентов или самой сети. В то же время во многих случаях абонентам не нужна пропускная способность канала на все время соединения, например, в телефонном разговоре встречаются паузы, еще более неравномерным во времени является взаимодействие компьютеров. Невозможность динамического перераспределения пропускной способности физического канала является принципиальным ограничением сети с коммутацией пакетов, так как единицей коммутации здесь является информационный поток в целом. Модификация методов коммутации для снятия этого ограничения приводит к технике коммутации пакетов.

3. Обязательная задержка перед передачей данных из-за фазы установления соединения.

Достоинства и недостатки любой сетевой технологии относительны. Например, техника коммутации каналов хорошо работает в тех случаях, когда нужно передавать только трафик телефонных разговоров. Однако при передаче очень неравномерного компьютерного трафика эта нерациональность уже выходит на первый план.

коммутация пакет канал адрес

3. Коммутационная сеть в случае коммутации каналов образует между конечными узлами непрерывный составной физический канал из последовательно соединенных коммутаторами промежуточных канальных участков. Условием того, что несколько каналов при последовательном соединении образуют единый канал, является равенство скоростей передачи данных в каждом из составляющих физических каналов, т. е. коммутаторы такой сети не должны буферизовать передаваемые данные.

4. Еще одной новой проблемой, которую нужно учитывать при объединении трех и более компьютеров, является проблема их адресации, точнее адресации их сетевых интерфейсов. Один компьютер может иметь несколько сетевых интерфейсов.

1. Бройдо В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации СПб, Питер 2002; 464 с.

2. Каймин В. А. Информатика . М.: ИНФРА-М, 2002 — 328 с.

3. Кирмайер М. Информационные технологии. СПб.: Питер, 2003 — 443 с.

4. Олифер В. Г. , Олифер Н. А. Компьютерные сети. СПб.: Питер, 2005 — 864 с.

5. Олифер В. Г. , Олифер Н. А. Сетевые операционные системы. СПб.: Питер, 2003 — 539 с.

Коммутация – это процесс подключения пользователей коммуникационной сети через порты передачи данных (транзитные порты).

Коммуникационные сети должны обеспечивать связь между пользователями. Пользователями могут выступать как АРМ, так и фрагменты локальных сетей, оргтехника и телефонные аппараты. Обычно в сетях общего доступа нельзя предоставить каждой паре пользователей собственный физический канал связи, которым они могут монопольно владеть и использовать по своему назначению в любое время. Поэтому в сетях всегда применяют какой-либо способ коммутации между пользователями, который способствует обеспечению разделения уже имеющихся физических каналов между сеансами, а так же между пользователями сети.

В коммутационных сетях каждый пользователь соединен с коммутаторами отдельной (индивидуальной) линией связи, которая закрепляется за этим пользователем.

Принято различать три принципиально различные схемы коммутации пользователей в сетях:

Коммутация каналов (circuit switching) – При коммутации каналов коммутационная сеть образует между конечными узлами непрерывный составной физический канал из последовательно соединенных коммутаторами промежуточных канальных участков. Условием того, что несколько физических каналов при последовательном соединении образуют единый физический канал, является равенство скоростей передачи данных в каждом из составляющих физических каналов. Равенство скоростей означает, что коммутаторы такой сети не должны буферизовать передаваемые данные.

В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал. И только после этого можно начинать передавать данные.

Коммутирующие устройства в сетях

Коммутационные узлы необходимы для выполнения приёма, анализа, а в сетях с маршрутизацией еще и выбор правильного маршрута, и отправка потока данных по корректному маршруту.

Коммутирующим устройством может быть:

Мост – это устройство, соединяющая 2 участка сети, которые используют между собой одинаковые способы передачи данных. При объединении сетей мостом, должны соблюдаться одинаковые сетевые уровни модели взаимодействия открытых систем, но нижние уровни в таком случае могут отличаться друг от друга.

Для сети ПК мост – это отдельно стоящая АРМ со специальным установленным ПО и необходимой дополнительной аппаратурой.

Мост способен соединять сети разных топологий, но при условии работы на однотипных операционных системах.

Мосты бывают двух типов: локальные и удаленные.

Локальные мосты соединяют сети на уже имеющейся ограниченной территории, в пределах уже существующей информационной системы.

Удаленные мосты соединяют системы, расположенные вдали друг от друга, с использованием модемов и других внешних каналов связи.

Содержание

История 3
Функции и принципы работы коммутаторов 3
Принципы работы 4
Режимы коммутации 4
Симметричная и асимметричная коммутация 5
Буфер памяти 5
Классификация коммутаторов 6
Настольные коммутаторы 6
Магистральные коммутаторы 7
Коммутаторы для рабочих групп 8
Характеристики сетевых коммутаторов 8
 Количество портов 8
 Скорость передачи данных 9
 Тип сетевого носителя 9
Основные производители коммутаторов 9
Список используемых источников: 10

Работа состоит из 1 файл

рефер.doc

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

студент 4-го курса

факультет ИТ спец. 230101

подпись, дата

Коммутация по праву считается одной из самых популярных современных технологий. Коммутаторы по всему фронту теснят мосты и маршрутизаторы, оставляя за последними только организацию связи через глобальную сеть. Популярность коммутаторов обусловлена прежде всего тем, что они позволяют за счет сегментации повысить производительность сети. Помимо разделения сети на мелкие сегменты, коммутаторы дают возможность создавать логические сети и легко перегруппировывать устройства в них. Иными словами, коммутаторы позволяют создавать виртуальные сети.

В 1994 году компания IDC дала свое определение коммутатора локальных сетей: “ коммутатор – это устройство, конструктивно выполненное в виде сетевого концентратора и действующее как высокоскоростной многопортовый мост; встроенный механизм коммутации позволяет осуществить сегментирование локальной сети, а также выделить полосу пропускания конечным станциям в сети”.

Впервые коммутаторы появились в конце 80-х годов. Первые коммутаторы использовались для перераспределения пропускной способности и, соответственно, повышения производительности сети. Можно сказать, что коммутаторы первоначально применялись исключительно для сегментации сети. В наше время произошла переориентация, и теперь в большинстве случаев коммутаторы используются для прямого подключения к конечным станциям.

Широкое применение коммутаторов значительно повысило эффективность использования сети за счет равномерного распределения полосы пропускания между пользователями и приложениями. Несмотря на то что первоначальная стоимость была довольно высока, тем не менее они были значительно дешевле и проще в настройке и использовании, чем маршрутизаторы. Широкое распространение коммутаторов на уровне рабочих групп можно объяснить тем, что коммутаторы позволяют повысить отдачу от уже существующей сети. При этом для повышения производительности всей сети не нужно менять существующую кабельную систему и оборудование конечных пользователей.

В отличие от концентратора , который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик (на MAC-адрес FF:FF:FF:FF:FF: FF) всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Коммутатор работает на канальном (2) уровне модели OSI , и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам . Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы .

Принципы работы

Коммутатор хранит в памяти таблицу коммутации (хранящуюся в ассоциативной памяти ), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры (фреймы) и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя не ассоциирован с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется. Стоит отметить малую латентность (задержку) и высокую скорость пересылки на каждом порте интерфейса.

Режимы коммутации

Существует три способа коммутации. Каждый из них — это комбинация таких параметров, как время ожидания и надежность передачи.

С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю информацию в кадре, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него кадр.
Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок.
Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный. Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (кадр размером 64 байта обрабатываются по технологии store-and-forward, остальные по технологии cut-through).

Симметричная и асимметричная коммутация

Свойство симметрии при коммутации позволяет дать характеристику коммутатора с точки зрения ширины полосы пропускания для каждого его порта. Симметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с одинаковой шириной полосы пропускания, например, когда все порты имеют ширину пропускания 10 Мб/с или 100 Мб/с.

Асимметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с различной шириной полосы пропускания, например, в случаях комбинации портов с шириной полосы пропускания 10 Мб/с и 100 Мб/с или 100 Мб/с и 1000 Мб/с.

Асимметричный коммутатор также необходим для обеспечения большей ширины полосы пропускания каналов между коммутаторами, осуществляемых через вертикальные кросс-соединения или каналов между сегментами магистрали.

Буфер памяти

Для временного хранения пакетов и последующей их отправки по нужному адресу коммутатор может использовать буферизацию. Буферизация может быть также использована в том случае, когда порт пункта назначения занят. Буфером называется область памяти, в которой коммутатор хранит передаваемые данные.

Буфер памяти может использовать два метода хранения и отправки пакетов — буферизация по портам и буферизация с общей памятью. При буферизации по портам, пакеты хранятся в очередях (queue), которые связаны с отдельными входными портами. Пакет передается на выходной порт только тогда, когда все пакеты, находившиеся впереди него в очереди, были успешно переданы. При этом возможна ситуация, когда один пакет задерживает всю очередь из-за занятости порта его пункта назначения. Эта задержка может происходить даже в том случае, когда остальные пакеты могут быть переданы на открытые порты их пунктов назначения.

Поскольку память буфера является общей, размер пакета ограничивается всем размером буфера, а не долей предназначенной для конкретного порта. Это означает, что крупные пакеты, могут быть переданы с меньшими потерями, что особенно важно при асимметричной коммутации, то есть когда порт с шириной полосы пропускания 100 Мб/с должен отправлять пакеты на порт 10 Мб/с.

Настольные коммутаторы

Будучи предназначенными для работы с небольшим числом пользователей, настольные коммутаторы могут служить для замены концентраторов 10Base-T. Обычно настольные коммутаторы имеют 24 порта, каждый из которых поддерживает персональный (private) канал с полосой 10 Мбит/сек для подключения одного узла (например, рабочей станции). Дополнительно такой коммутатор может иметь один или несколько портов 100Base-T или FDDI для подключения к магистрали (backbone) или серверу.

Объединяя в себе возможности технологий 10 Мбит/сек и 100 Мбит/сек, настольные коммутаторы минимизируют блокировку при попытке одновременного подключения нескольких узлов к единственному скоростному порту (100 Мбит/сек). В среде клиент-сервер одновременно несколько узлов могут получить доступ к серверу, подключенному через порт 100 Мбит/сек.

Настольные коммутаторы просты в установке и обслуживании, зачастую содержат встроенные plug-and-play программы и имеют упрощенный интерфейс установки параметров. Стоимость в пересчете на один порт составляет - $150, менее чем вдвое превосходя стоимость порта в концентраторах 10Base-T.

Магистральные коммутаторы

На вершине иерархии коммутаторов Ethernet находятся магистральные коммутаторы - устройства для соединения сетей или сегментов, поддерживающие множественную адресацию для своих портов. Такие коммутаторы используются для соединения концентраторов 10Base-T, настольных и групповых коммутаторов, серверов.

Для пользователей, желающих увеличить доступную полосу за счет сегментации, магистральные коммутаторы служат простой, высокопроизводительной и эффективной по стоимости альтернативой маршрутизаторам. Магистральные коммутаторы могут одновременно передавать трафик между несколькими сегментами с полным использованием полосы пропускания среды.

Кроме того, магистральные коммутаторы могут фильтровать пакеты на основе признаков, отличающихся от адресов. Например, администратор может запретить передачу широковещательных пакетов NetWare рабочим станциям Unix за счет фильтрации по протоколу.

Для магистральных коммутаторов характерно модульное устройство и способность поддерживать до нескольких тысяч MAC-адресов на каждый порт. Установка таких коммутаторов более сложна по сравнению с настольными коммутаторами, главным образом за счет необходимости настройки функций маршрутизации. Резервные источники питания, горячая замена модулей, поддержка протокола Spanning Tree являются обязательными для магистральных коммутаторов элементами, обеспечивающими все возможности технологий коммутации, включая виртуальные сети.

При совместном использовании с настольными коммутаторами (взамен концентраторов 10Base-T), магистральные коммутаторы обеспечивают сквозную (end-to-end) коммутацию, позволяющую избежать большинства проблем, связанных с использованием разделяемой среды (большое количество коллизий, размножение ошибочных пакетов, снижение уровня безопасности). В большинстве мощных приложений магистральные коммутаторы 100 Мбит/сек могут служить высокоскоростной магистралью между настольными коммутаторами 100/10 Мбит/сек и серверами, подключенными по каналу 100 Мбит/сек.

Читайте также: