L12

Технологии
локальных сетей
Token
Ring, FDDI
Структура кабельных подсистем
Активное оборудование
Технология Token Ring
R ing In
R ing Out
Концентратор
Метод маркерного доступа
№№
станций
2
1
3
А
пакет А
*
6
А
*
5
А
6
4
*
4
А
5
B
3
А
2
А
*
1
t1
Станция 1
получила
токен
t2
t3
t4
Копирование
пакета А
в буфер
станции 3.
Отметки в
пакете о
получении
t5
t6
t7
Изъятие
пакета А
из кольца
t8
t9
Токен
получает
станция 2
Технология FDDI
(Fiber Distributed Data Interface)
Цели разработчиков технологии:
Повысить битовую
до 100 Мб/с.
скорость
передачи
данных
Повысить отказоустойчивость сети за счет
стандартных процедур восстановления ее после
отказов различного рода - повреждения кабеля,
некорректной
работы
узла,
концентратора,
возникновения высокого уровня помех на линии
и т.п.
Максимально
эффективно
использовать
потенциальную пропускную способность сети как
для асинхронного, так и для синхронного
Использование кольцевой топологии
для реакции на отказ/обрыв
Обрыв кольца
*
Вторичное кольцо
Первичное кольцо
Протоколы FDDI
Модель OSI
7
Прикладной
6
Представления
5
Сеансовый
4
Транспортный
3
Сетевой
MAC
2
Канальный
PHY
1
Физический
PMD
Протоколы FDDI
LLC 802.2
SMT
Элементы сети FDDI
Станция 1
Класс А
(DAS)
Станция 2
Класс А
(DAS)
Станция 3
Класс А
(DAS)
порт А
Вторичное
кольцо
Первичное
кольцо
порт В
Станция 4
Класс А
Концентратор DAC
порт М
порт S
Станция 5
Класс В
(SAS)
Станция 6
Класс В
(SAS)
Станция 7
Класс В
(SAS)
Пример реакции на обрыв
обрыв
кабеля
Структура кабельных подсистем
Горизонтальные
подсистемы
Горизонтальные
подсистемы
Вертикальные
подсистемы
Подсистемы кампуса
Главный
коммуникационный
центр
Здание офисов
Кабельная система этажа
Вертикальная
подсистема
Рабочие места
Горизонтальная подсистема
Концентратор
Этаж 3
Данные
UTP
Кросс
UTP
RJ-45
оптоволокно
RJ-45
UTP
Этаж 2
Голос, видео
RJ-45
RJ-45
Преимущества структурированной
кабельной системы
 Увеличения срока службы. Если все рабочие места уже
оснащены розетками для подключения компьютеров, то срок
морального старения будет составлять 8-10 лет.
 Уменьшение стоимости добавления новых пользователей.
Стоимость кабельной системы: 5-6% от стоимости сети.
Основная доля - работы по прокладке кабеля.
 Возможность легкого расширения сети из-за модульности.
Новая подсеть не оказывает влияние на существующие.
 Более эффективное обслуживание (поиск и локализация
неисправностей).
 Соединение
сегментов
с
помощью
концентраторов
централизация коммуникационного оборудования.
Выбор типа кабеля для горизонтальных
подсистем
Выбор:
¨
экранированная витая пара
¨
неэкранированная витая пара
¨
коаксиальный кабель
¨
оптоволоконный кабель
¨
беспроводные линии связи
Характеристики, учитываемые при выборе:
¨
полоса пропускания
¨
расстояние (затухание)
¨
защищенность данных от несанкционированного доступа
¨
электромагнитная помехозащищенность
¨
стоимость
Характеристики кабеля
Перекрестные наводки между витыми парами (Near End Crosstalk, NEXT) Перекрестные
наводки
между
витыми
парами
представляют
собой
результат
интерференции
электромагнитных сигналов, возникающих в двух витых парах. Величина NEXT зависит
от частоты передаваемого сигнала - чем выше величина NEXT, тем лучше (для
неэкранированной витой пары категории 5 показатель NEXT должен быть не менее 27 Дб
при частоте 100 МГц).
Затухание (Attenuation). - потеря мощности электрического сигнала при его
распространении по кабелю, измеряется в децибелах на метр. Для кабеля категории 5
при частоте 100 МГц затухание не должно превышать 23,6 Дб на 100 м.
Импеданс (волновое сопротивление). Импеданс - это полное (активное и реактивное)
сопротивление в электрической цепи.
для коаксиальных кабелей, используемых в стандартах Ethernet, импеданс кабеля
должен составлять 50 Ом
UTP - 100 и 120 Ом
STP - 150 Ом
¨
Активное сопротивление. Активное сопротивление - это сопротивление
постоянному току в электрической цепи. Для неэкранированной витой пары категории 5
активное сопротивление не должно превышать 9,4 Ом на 100 м.
¨
Емкость - Для кабельных систем категории 5 значение емкости не должно
превышать 5,6 нФ на 100 м.
Неэкранированная витая пара
(Unshielded Twisted Pair, UTP)
Полих лорвиниловая
оболочка
М едные провода
Изолляция
¨ Недорогой кабель
¨ С ним просто работать
¨ Имеется большой опыт использования в телефонных системах (за
рубежом)
¨ Может использоваться как для передачи голоса, так и данных
¨ Удовлетворительная электромагнитная защищенность
¨ Стал основным типом кабеля для сетей отделов
¨ Поддерживается большей частью сетевых стандартов
¨ Волновое сопротивление 100 Ом
Категория 3:
Категория 4:
Категория 5:
Категория 5+:
Категория 6:
до 16 МГц
до 20 Мгц
до 100 Мгц
до 100-150 Мгц – не стандартизовано
до 250 Мгц – не стандартизовано
Категория 7 (экран):
до 600 Гц – не стандартизоано
Волоконно-оптический кабель
Внешняя защитная оболочка
Оптоволокно
Стеклянная оболочка
Одномодовое волокно (5 - 15 мкм) - полоса пропускания до нескольких
ГГц
¨ Многомодовое волокно (50, 62.5 мкм) - полоса пропускания около 500
МГц
¨
Большие расстояния (до 100 – 200 км для одномодового кабеля)
Отличная помехозащищенность
Не создает помех
Используется для передачи данных, видео и голоса
Отличная защита от несанкционированного доступа (при отводе резко
возрастает затухание сигнала)
 ¨ Дорог сам по себе, высокая стоимость соединения кабеля с разъемом
 Поддерживается большинством сетевых стандартов. Для горизонтальных
подсистем используется пока редко из-за стоимости





¨
¨
¨
¨
¨
Активное оборудование
физического и канального уровней
локальных сетей
¨
Сетевые адаптеры - обеспечивают сопряжение узлов сети
(компьютеров) с линиями связи.
¨
Повторители (repeaters) - работают на физическом уровне,
улучшают физические характеристики сигналов, удлиняют связи в
сети
¨
Концентраторы (hubs) - центральными узлы обмена
информацией между несколькими конечными станциями сети
сегмента сети. Выполняют функции повторителя.
¨ Мосты (bridges) - локализуют трафик внутри сегментов сетей.
Передают пакет с порта на порт только тогда, когда МАС-адрес
принадлежит этому порту
Коммутаторы (switching) мосты - осуществляют одновременную
передачу пакетов между всеми парами портов по алгоритму моста
Повторители (repeaters)
и концентраторы (hubs)
- Устройства, которые на физическом уровне
повторяет (и, как правило, улучшает их
электрические характеристики: форму, мощность)
сигналы, пришедшие на вход одного из портов:
¨
на всех остальных портах (Ethernet)
¨
К другому
повторителю
...
Концентратор: повторитель + дополнительные функции
Конструктивы коммуникационных
устройств
Стек устройств
Шасси
С фиксированным набором
портов (Standalone)
Стековые концентраторы
Многосегментные концентраторы
Ethernet 1
Ethernet 2
Ethernet 3
Логическая структуризация локальных
сетей
Преимущества деления сетей на подсети и
сегменты:

Сегментация уменьшает общий сетевой трафик.
 Подсети увеличивают гибкость сети.
 Подсети повышают безопасность данных.
 Подсети упрощают управление сетью
.
Мосты и коммутаторы 2-го уровня
Позволяют логически структурировать сеть на
сегменты с локализацией трафика
Работают на канальном уровне – поддержка любых
протоколов сетевого уровня (IP, IPX)
Только древовидная топология сети
Мосты
(transparent bridge)
Порт
А дрес
1
1
1
1
1
1
2
3
4
5
2
2
2
2
2
20
21
22
23
24
М ост
Порт 1
Порт 2
2 21
Внутрисегментный
трафик
М ежсегментная
передача кадра
1
2
3
4
Логический сегмент 1
5
20
21
22
23
Логический сегмент 2
24
Коммутаторы локальных сетей
1
5
2
6
3
7
4
8
Î áù àÿ ï ðî ï óñêí àÿ ñï î ñî áí î ñòü
ñåãì åí òà ðàâí à 8  10 = 80 Ì á/ñ
Коммутатор:
•параллельная обработка потоков от
портов
•на станцию приходится 10 Мбит/с
Разделяемая среда:
на станцию приходится 10 / N Мбит/с
Структура коммутатора Kalpana
Системный модуль
Управление
Многозадачное
ядро
EPP8
EPP1
Коммутационная
матрица
EPP7
EPP2
EPP6
EPP3
EPP4
EPP5
Передача кадров через коммутационную
матрицу
T
R
R
T
Коммутационная
матрица
Ожидание
Порт
Байты кадра
Процессоры EPP
Полудуплексный режим работы порта
коммутатора – half duplex
Коммутатор
Tx Rx
Домен
коллизий
Rx Tx
Полнодуплексный режим работы порта
коммутатора – full duplex
Коммутатор
T x Rx
Одновременная передача
кадров в двух направлениях
Rx Tx
Транк
100 Мб/с
400 Мб/с
Переполнение буфера порта из-за
несбалансированности трафика
4
5
6
22100 к/с
1
2
3
14880 к/с
Управление потоком в
коммутаторах
А. В полудуплексном режиме
•Обратное давление – создание коллизий
•Агрессивное поведение коммутатора
Коммутатор
9,1 мкс
Ожидание
9,1 мкс
Кадр коммутатора1
9,6 мкс
Кадр коммутатора2
9,6 мкс
Компьютер
Кадр 1
Ожидание
Ожидание
В. В полнодуплексном режиме
•Команды XON - XOFF
Реализация коммутаторов
1. Коммутационная матрица
Порт 1
Адрес
назначения
 тэг
Адрес
назначения
 тэг
Вх одные блоки
процессоров портов
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
Коммутационная матрица
000
001
010
011
100
101
110
Порт 8
111
Вых одные блоки
процессоров портов
Реализация коммутаторов
2. Общая шина
Управление буфером
Адрес
назначения
 тэг
Арбитраж
шины
Фильтр
тэгов
.
.
.
Управление буфером
Адрес
назначения
 тэг
Арбитраж
шины
Вх одной блок
процессора порта
Фильтр
тэгов
Вых одной блок
процессора порта
Реализация коммутаторов
3. Разделяемая память
Менеджер
очередей выходных
портов
Адрес назначения
очередь
Разделяемая память
Адрес назначения
очередь
.
.
.
.
.
.
Адрес назначения
очередь
Очереди вых одных портов
Реализация коммутаторов
4. Комбинированный подход
Высокоскоростная шина
ASIC
ASIC
...
...
....
ASIC
...
Применение коммутаторов в
рабочих группах
100
10
Сеть здания на коммутаторах
86
. . .
.
7 этаж
6 этаж
.
.
. . .
.
9
1 этаж
10 Мб/с
100 Мб/с
1000 Мб/с
. . .
.
:
Виртуальные локальные сети
Virtual LAN, VLAN
Цель: построение полностью изолированных подсетей
логическими средствами
VLAN3
VLAN2
VLAN1
VLAN – домен распространения бродкастов
VLAN на одном коммутаторе
Виртуальная
сеть 1
Виртуальная
сеть 2
Виртуальная
сеть 3
Задание VLAN – группировка портов
VLAN на нескольких коммутаторах
К1
К2
Проблема задания VLAN на нескольких коммутаторах
с помощью группировки портов:
сколько VLAN – столько портов для межсоединений
VLAN на нескольких коммутаторах
Способы решения проблемы:
1. Группировка MAC-адресов – большой объем
ручной работы в крупных сетях
2. Использование меток:
•
Фирменные решения
•
Стандарт IEEE 802.1 Q/p
3 бита
12 бит
Заголовок Ethernet Priority N VLAN Data
поля 802.1 Q/p