Мосты и коммутаторы как средство логической структуризации сети

В настоящее время эксплуатируется огромное количество сравнительно небольших (на 10 - 30 РС) локальных сетей, в том числе и тех, в которых передаются большие объемы мультимедийной информации и применяются высокоскоростные технологии (скорость обмена до 1000 Мбит/с). Для них характерно использование одной разделяемой среды, что позволяет реализовать стандартные технологии и приводит к экономичным и эффективным решениям.

Эффективность одной разделяемой среды для небольших ЛКС очевидна

- это:

- возможность использования стандартного набора протоколов, а следовательно, сравнительно дешевого коммуникационного оборудования - сетевых адаптеров, повторителей, конденсаторов;

- возможность наращивания (в определенных пределах) числа узлов сети;

- довольно простое управление сетью, чему способствует сама логика разделения среды, не допускающая потерь кадров из-за переполнения буферов коммуникационных устройств.

Однако по мере развития локальных сетей, появления новых технологий и протоколов все в большей степени стали проявляться недостатки ЛКС на одной разделяемой среде. Главные из них следующие:

- невозможность построения крупных сетей (на сотни и тысячи узлов) на основе одной разделяемой среды. Причина не только в том, что все технологии ограничивают количество узлов в разделяемой среде (Token Ring - 260 узлами, FDDI - 500 узлами, все виды семейства Ethernet - 1024 узлами), но и в плохой работе сети на одной разделяемой среде, если количество РС приближается к разрешенному пределу;

- резкое возрастание величины задержки доступа к передающей среде при достижении коэффициента использования сети некоторого порогового значения (коэффициент использования сети, иначе называемый коэффициентом нагрузки сети, это отношение трафика, который должна передать сеть, к ее максимальной пропускной способности). Для всего семейства технологий Ethernet пороговое значение этого коэффициента равно 40 - 50 %, для технологии Token Ring - 60% и для технологии FDDI - 70 %;

- имеются жесткие ограничения максимальной длины сети: они находятся в пределах нескольких километров и только для технологии FDDI это несколько десятков километров.

Все эти недостатки и ограничения, возникающие из-за использования общей разделяемой среды, преодолеваются путем разделения сети на несколько разделяемых сред, или отдельных сегментов, которые соединяются мостами, коммутаторами или маршрутизаторами. Следовательно, единая разделяемая среда, созданная концентраторами, делится на несколько частей (сегментов), подсоединяемых к портам моста, коммутатора или маршрутизатора. Такое деление сети называется логической структуризацией, а ее отдельные части - логическими сегментами, каждый из которых представляет собой единую разделяемую среду.

Мосты и коммутаторы осуществляют передачу кадров на основе адресов канального уровня (МАС-адресов), а маршрутизаторы - на основе номера сети. Таким образом, логические сегменты, построенные на основе мостов и коммутаторов, являются строительными элементами более крупных сетей, объединяемых маршрутизаторами. Коммутаторы относятся к категории наиболее быстродействующих коммуникационных устройств. Они соединяют высокоскоростные логические сегменты без блокировки (уменьшения пропускной способности) межсегментного трафика.

Мосты и коммутаторы, появившиеся позже (в начале 90-х годов), выполняют практически одни и те же функции: это устройства логической структуризации сетей на канальном уровне, осуществляющие продвижение кадров на основании одних и тех же алгоритмов. Основное отличие между ними заключается в том, что мост обрабатывает кадры последовательно (один кадр за другим), а коммутатор - параллельно (одновременно между всеми парами своих портов). Мост, работающий на базе одного процессора, соединяет два логических сегмента (отсюда и название - мост). Его производительность сравнительно небольшая - 3-5 тысяч кадров в секунду. Коммутатор - это многопортовый и многопроцессорный мост, обрабатывающий кадры со скоростью до нескольких миллионов кадров в секунду. Поэтому с начала 90-х годов начался быстрый процесс вытеснения мостов коммутаторами. В настоящее время локальные мосты сетевой индустрией практически не производятся. Они используются лишь на достаточно медленных глобальных связях между двумя удаленными локальными сетями.

Основной характеристикой коммутатора является его производительность, которая определяется следующими показателями: скоростью фильтрации кадров, скоростью продвижения кадров, пропускной способностью, задержкой передачи кадра.

Скорость фильтрации - это скорость выполнения следующих операций: прием кадра в буфер коммутатора; просмотр адресной таблицы с целью нахождения порта, куда следует направить кадр; уничтожение кадра, если порт назначения и порт отправителя находятся в пределах одного и того же логического сегмента (в этом случае передача кадров осуществляется без участия коммутатора).

У всех коммутаторов эта скорость является неблокирующей, т.е. кадры отфильтровываются в темпе их поступления.

Скорость продвижения кадров - это скорость выполнения следующих этапов обработки кадров: прием кадра в буфер коммутатора, просмотр адресной таблицы с целью нахождения порта-получателя кадра, передача кадра в сеть через найденный порт назначения.

Единицей измерения для указанных скоростей является число кадров в секунду.

Пропускная способность коммутатора - это количество пользовательских данных (в мегабитах в секунду), переданных в единицу времени через его порты. Естественно поэтому, что максимальное значение пропускной способности коммутатора достигается при передаче кадров максимальной длины, для которых доля служебной информации гораздо меньше, чем для кадров минимальной длины.

Задержка передачи кадров - это период времени с момента прихода первого байта кадра на входной порт коммутатора до момента появления этого байта на его выходном порту. При полной буферизации кадров (для кадров минимальной длины) эта задержка колеблется от 50 до 200 мкс.

136. Сетевое оборудование ККС: состав и назначение.

В настоящее время сетевое оборудование выпускается многими фирмами, каждая из которых энергично рекламирует свою продукцию, что создает дополнительные трудности при его выборе. Есть несколько критериев, которыми следует руководствоваться при выборе сетевого оборудования. К ним относятся:

- характеристика фирмы - производителя сетевого оборудования, её известность на рынке сбыта как производителя высококачественной продукции;

- функциональные возможности изделия, его выходные технико-эксплуатационные характеристики и условия эксплуатации;

- наличие стандартов по изделию;

- возможность подбора оборудования, производимого одной и той же фирмой.

Ниже даются краткие сведения по основному сетевому оборудо-ванию ККС, используемому в сетях Х.25 и FR.

Модемы – это наиболее массовый вид оборудования в сетях. Они различаются между собой по способу модуляции, пропускной способности, способу коррекции ошибок, способу сжатия данных. Для различных скоростей работы модемов, различных способов коррекции ошибок и сжатия данных разработаны стандарты.

При построении сети на базе телефонных каналов широко используются модемы серии 326хV.34 SDC (Synchronous Data Compression) фирмы Motorola – мирового лидера в производстве высокоскоростных аналоговых устройств. Эти модемы являются одной из лучших реализаций стандарта V.34. Они позволяют передавать по 2 – 4 - проводным выделенным каналам связи данные со скоростью до 28,8 Кбит/с, в качестве дополнительного средства повышения скорости и достоверности данных реализован режим синхронной компрессии (при этом скорость возрастает до 128 Кбит/с), что делает эти модемы идеальными для сетей Х.25/ Frame Relay.

Модемы стандарта V.34 включают в свой состав последние достижения в технологии модуляции, в том числе: предварительное тестирование линии, предварительный выбор способа кодирования, адаптивное управление мощностью сигнала, многомерное решетчатое кодирование. Это позволяет достичь максимально возможной скорости передачи, что особенно важно при использовании телефонных линий невысокого качества.

Модемы семейства 326х прошли испытания на всей территории России и отлично зарекомендовали себя на отечественных каналах связи.

К числу наиболее распространенных модемов для передачи данных и факса производства фирмы Motorola относятся следующие:

- модемы серии 3400 PRO PC – для передачи данных и факса по

2-х проводным коммутируемым линиям со скоростью от 300 бит/с до 28,8 Кбит/с; скорость передачи в синхронном режиме до 115,2 Кбит/с, скорость передачи факса от 2400 бит/с до 14400 бит/с;

- модемы серии PREMIER 33.6, их характеристики близки к характеристикам серии 3400 PRO PC.

Большой популярностью пользуются технические средства для построения корпоративных сетей связи, производимые компанией RAD DATA COMMUNICATIONS. Среди них – модемы для проводных выделенных линий связи, в частности синхронные модемы для работы на 4-х проводных линиях в дуплексном режиме:

- ASM – 20 скорость от 32 Кбит/с до 256 Кбит/с, радиус действия на проводе сечением 0,5 мм равен 7,5 км при скорости передачи 64 Кбит/с;

- ASM – 40 скорость от 64 Кбит/с до 2048 Кбит/с, радиус действия может достигать до 20 км;

- МТМ – 20 – скорость от 32 до 64 Кбит/с, радиус действия до 14 км при скорости передачи 32 Кбит/с.

Мультиплексоры- это многофункциональные устройства, используемые в качестве устройств доступа к сетям, а также для построения узлов корпоративной сети. В настоящее время в сетях с коммутацией пакетов чаще всего используются мультиплексоры СХ-1000 фирмы Memotec, MPRouter 6520 фирмы Motorola, Kilomux-3000 фирмы RAD.

Рассмотрим характеристики мультиплексора/коммутатора СХ-1000, предназначенного для организации передачи голоса/данных в сетях FR. Фирма-производитель – Memotec – широко известная северо-американская транснациональная компания, работающая на рынке сетевого оборудования с 1969 г. Изделие СХ-1000 имеет модульную конструкцию, что позволяет создавать узел сети с необходимым набором функций и требуемым числом портов в одном шасси.

С точки зрения возможности одновременной передачи данных, оцифрованного голоса и факсимильных сообщений изделие СХ-1000 имеет много уникальных особенностей:

- минимальная скорость оцифровки голоса равна 4,8 бит/с, причем реализован механизм подавления пауз, позволяющий экономить до 50 % полосы пропускания канала, отводимой под передачу голоса;

- механизм голосовой компрессии, используемый в изделии, устойчив к потерям кадров, т.е. голосовое соединение не разрывается и качество передачи голоса остается удовлетворительным;

- в голосовой модуль изделия заложены возможности автома-тического распознавания и передачи сигналов факсимильных аппаратов, что позволяет использовать порты голосовой платы для подключения этих аппаратов без изменения конфигурации модуля;

- голосовой модуль поддерживает все существующие аналоговые и цифровые интерфейсы телефонного оборудования. В сочетании с развитыми встроенными функциями коммутации голосовых соединений это дает возможность реализовать территориально-распределенную ведомственную телефонную сеть с подключенными к ней телефонно-факсимильными аппаратами, учрежденскими и городскими АТС.

В состав мультиплексора СХ-1000 входит большой набор функциональных модулей, каждый из которых включает одну процессорную плату и несколько плат ввода – вывода.

К числу основных функциональных модулей относятся:

- FR-600 – модуль коммутации/доступа Frame Relay, выполняющий функции центра коммуникации сети FR и устройства доступа к ней. Модуль выполняет процедуры протоколов управления FR, решает задачи маршрутизации, поддерживая четырехуровневую систему абсолютных и относительных приоритетов информационных потоков, широко-вещательную передачу, фрагментацию и компрессию данных;

- АС-600 – модуль передачи голоса/факса по сети FR через модуль FR–600. Он поддерживает функции коммутации телефонных соединений и обеспечивает автоматический выбор свободного канала из группы, автоматическое соединение, переадресацию вызова и т.д. Модуль обеспечивает подключение как обычных аналоговых телефонных аппаратов, так и учрежденских и городских АТС, построение ведомственной распределенной телефонной сети, наложенной на сеть передачи данных. Оцифровка голоса осуществляется со скоростью 4,8 и 8 Кбит/с, автоматическое распознавание и передача сигналов факсимильного обмена – со скоростью от 2,4 до 9,6 Кбит/с. При использовании этого модуля уменьшается вероятность несанкциони-рованного доступа к голосовым сообщениям, т.к. вся информация оцифровывается, кодируется и уплотняется в общий поток, что исключает возможность прямого прослушивания телефонных переговоров в канале связи;

- CL-600 – модуль удаленного моста – маршрутизатора, обеспечивающий взаимодействие удаленных ЛКС через сеть FR (типы ЛКС Ethernet или Token Ring, количество до 256). Маршрутизация выполняется для протоколов IP и IPX;

- РХ-674 – модуль коммутации пакетов сети Х.25, FR. Может функционировать в качестве центра коммутации пакетов сети Х.25, а также осуществлять инкапсуляцию данных в кадры FR для передачи их по сети (через модуль FR 600);