Конспект лекций. Конспект лекций по дисциплине Технология приборостроения и автоматизация производства для студентов специальности 5В071900 Радиотехника, электроника и телекоммуникации. Алматы ауэс, 2014. с
 Скачать 1.12 Mb.
|
|
DGS-3324SR -управляемый коммутатор Gigabit Ethernet 3-го уровня с поддержкой технологии стекирования xStack™, предназначенный для объединения серверных массивов или работы в качестве центрального устройства сетей крупных рабочих групп предприятий. Он имеет 20 медных портов 1000BASE-T, 4 комбо-порта 1000BASE-T/Mini GBIC (SFP) для подключения по оптике, 2 порта для стекирования производительностью 10 Гбит/с и поддержку резервного источника питания. Производительность внутренней магистрали коммутатора 88Гбит/с. DGS-3324SRi - управляемый коммутатор Gigabit Ethernet 3-го уровня семейства xStack с пропускной способностью внутренней магистрали 168 Гбит/с. Он может использоваться либо как мастер-коммутатор стека, либо как автономный коммутатор. DGS-3324SRi имеет 16 портов 1000BASE-T, 8 комбо-портов 1000BASE-T/Mini GBIC (SFP) и 6 портов для стекирования производительностью 10 Гбит/с каждый.  Рисунок - 1.9 Коммутатор DXS-3326GSR DXS-3326GSR - управляемый коммутатор Gigabit Ethernet 3-го уровня с 20 портами Mini GBIC (SFP), 4 комбо-портами 1000BASE-T/ Mini GBIC (SFP) и 2 портами для стекирования с производительностью 10 Гбит/с каждый, оснащенный 1 слотом расширения для установки дополнительного модуля DEM-420X с 2-мя портами 10GE XFP. Благодаря портам Mini GBIC коммутатор обеспечивает максимальную гибкость при подключении отдельных пользователей или рабочих групп. Высокая производительность центральной коммутационной матрицы (128Гбит/с), система стекирования 10 Гбит/с и гигабитная скорость передачи позволяют строить на базе коммутаторов DXS-3326GSR гибкую, легко управляемую сетевую структуру средних и крупных предприятий. DXS-3350SR - управляемый коммутатор Gigabit Ethernet 3-го уровня с пропускной способностью внутренней магистрали 176 Гбит/с. Он оборудован 44 портами SFP, 4 комбо-портами 1000BASE-T/SFP, 2 портами для стекирования с производительностью 10 Гбит/с каждый и 1 слотом расширения для установки модуля DEM-420X с 2-мя портами 10GE XFP. Высокая плотность портов, возможность использования разных сред передачи (благодаря встроенным модулям mini-GBIC) и передовая технология стекирования позволяют применять коммутаторы DXS-335OSR для создания комплексных решений для сетей крупных предприятий. Эти коммутаторы могут использоваться также в качестве центральных устройств в операторских сетях Metro Ethernet с целью агрегации трафика кольцевых городских сетей Лекция 2. Технология Ethernet -2 ч. Вопросы лекции. 1) Общий доступ к среде передачи, алгоритм CSMA/CD 2) Концентраторы, коммутаторы, мосты, маршрутизаторы. 3) Структура стандарта IEEE 802.x Цель лекции: – сформировать у студентов комплексный подход к решению задач проектирования сетей передачи данных... Технология Ethernet Для передачи информации используется специальный алгоритм, который имеет название Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection (CSMA/CD) - Множественный доступ к среде с контролем несущей и обнаружением коллизий. Что такое «коллизия» мы разберём чуть позже. Алгоритм работы CDMA/CD похож на правила, которыми люди пользуются на собрании: каждый человек имеет право выступить на собрании, но есть неписаное правило о том, что при выступлении одного - остальные должны молчать, иначе его могут просто не услышать. Если у человека появились мысли, которыми он хочет поделиться с остальными он должен подождать пока его коллега закончит вести свою речь и тогда выступить. В том случае, если Вы говорите, а один из Ваших коллег не сдержал себя и перебил Вас (начал говорить одновременно с Вами) обычным решением этой проблемы является Ваше обоюдное молчание, иначе беседа погружается в полный хаос и никто никого не понимает. Ситуация, при которой два человека одновременно говорят на совещании, имеет название - «речевая коллизия». В условиях сети коллизией называет столкновение (или правильнее сказать наложение) сигналов в одном проводнике, когда две станции пытаются одновременно что-то передать. Основная задача алгоритма - дать каждой станции передать свои данные, притом, что все станции работают с одним каналом передачи, в момент времени может передавать и получать информацию только одна станция, и все станции равны при передаче информации, то есть, никаких приоритетов передачи нет. Под фразой «множественный доступ» подразумевается наличие общего проводного сегмента сети, а «контроль несущей» означает, что перед передачей станция всегда прослушивает проводящую среду на предмет занятости. В общем случае передача информации между двумя станциями выглядит вот так:  Рисунок 2.1 Если станция хочет передать фрейм, она :
В случае, если другие станции захотят передавать, при прослушивании, они поймут, что в сегменте кто-то уже передаёт данные и необходимо подождать окончания передачи и только после окончания пытаться что-то передать. Алгоритм работы допускает и такую ситуацию :  Рисунок 2.2 Две станции в одно и то же время захотели передавать данные, они будут одновременно слушать эфир, и в случае отсутствия передачи другими станциями, обе получат информацию о том, что в сегменте никто больше не передаёт, а значит можно передавать данные. Обе станции одновременно сформируют фрейм и попытаются его передать. В итоге получается недопустимая ситуация : два разных фрейма передаются по одному участку кабеля. При наложении сигналов получится суммарный сигнал, который станции не смогут опознать, как нормальный, этот сигнал не будет входить в стандартные сигналы той кодировки, которая используется станциями для передачи данных.  Рисунок 2.3 Наложение сигналов на участке кабеля и называется сетевой коллизией. Алгоритм CSMA/CD предусматривает такие ситуации и имеется алгоритм выхода из коллизий, который возвращает сегмент сети в нормальное рабочее состояние. Станция, которая услышала коллизию на сегменте сети поднимет вольтаж до уровня сигнала коллизии, как бы усиливая его, это необходимо для того, чтобы все остальные станции на участке поняли, что произошла коллизия и любые намерения передавать данные должны быть отозваны до ликвидации коллизии. Сигнал, который распространяется по сети в виде усиленной коллизии, называется JAM-сигнал. Станция держит этот сигнал на протяжении времени, которое было бы необходимо для передачи 32-х байт информации, так как сигнал распространяется не мгновенно и ему необходимо время для достижения абсолютно всех станций в сегменте. Таким образом алгоритм гарантирует, что абсолютно все станции услышат о коллизии и не возникнет ситуации, когда в удалённой части сети станция передаст фрейм, и не услышав коллизию вытрет его из буфера, а затем этот фрейм встретится с коллизией на другом участке сети и поскольку в памяти той станции этого фрейма уже нет - будет утерян навсегда, а станция получит сигнал коллизии тогда, когда будет поздно.  Рисунок 2.4 После того, как JAM-сигнал распространился и все станции прекратили передачу, сеть возвращается в нормальное рабочее положение, но есть одно «но»: после прохождения JAM- сигнала вероятность того, что несколько станций захотят передавать фреймы достаточно высока, а поскольку JAM-сигнал закончится для всех примерно одинаково во времени, очень возможно, что две или более станций будут опять передавать данные одновременно, что приведёт к новой коллизии. Таким образом, если не разграничить станции во времени после прохождения JAM-сигнала при достаточно большом количестве компьютеров в сети, коллизии будут возникать постоянно и весь сетевой сегмент утратит свою работоспособность. Для решения этой проблемы в алгоритм CSMA/CD был введён отдельный таймер случайной задержки (Random backoff timer), значение которого каждая станция генерирует отдельно. Хотя возможность совпадения выбранных значений у разных станций и возможна, она не настолько велика, чтобы привести сегмент сети в нерабочее состояние.  Рисунок 2.5 Каждая станция выжидает свою задержку, которая случайно сгенерирована таймером, и после её окончания начинает прослушивать среду передачи, и если она свободна, пытается предать фреймы. Таким образом, станция, у которой выпало наименьшее значение таймера случайной задержки, сможет передавать свой фрейм первой, остальные станции по окончанию своих задержек при прослушивании среды удостоверяться, что она занята и будут ожидать окончания передачи.  Рисунок 2.6
14. После прохождения времени случайной задержки и прослушивания среды передачи станция будет пытаться опять передать этот фрейм Примечание : драйвер сетевой карты станции получит пакет от операционной системы, пакет содержит IP адресацию, но этой адресации мало для того, чтобы передавать данные по сети. Пакет будет упакован драйвером во фрейм, в котором будет помимо IP ещё и MAC адресация. Фрейм является независимой единицей информации в сети и только его можно передавать через проводную среду. Домены коллизий После того как мы оговорили : что такое коллизия, стоит упомянуть и о доменах коллизий в сетях Ethernet. Доменом коллизии называется максимально большой сегмент сети, в котором возможны коллизии Немного разъяснения: домен — это некий участок или «отрезок» сети, либо сегмент сети (если не придавать слову сегмент иного смысла), устройства в котором подчиняются каким-либо общим правилам. В случае коаксиального кабеля все компьютеры, которые будут подсоединены к нему, будут находиться в одном домене коллизии, так как они все разделяют между собой среду передачи. Если в сети есть служебные устройства, то некоторые из них влияют на домены коллизий, а некоторые нет. Те устройства, которые не будут разделять общую среду передачи между компьютерами, не будут и ограничивать коллизионные домены. Эти устройства обычно позиционируются на первом уровне модели OSI и работают только с сигналами, они не знают, что такое фрейм или пакет и не предпринимают никаких логических действий. К таким устройствам относятся : Повторители (repeaters) - задача которых заключается только в том, чтобы усилить пришедший на один порт сигнал и отправить его на другой порт. Таким образом, повторители удлиняют домен коллизии. Концентраторы (Hubs) - задача которых принять сигнал на один порт, усилить его и отправить на все порты, кроме того, откуда этот сигнал был получен. Концентраторы расширяют домен коллизии на количество портов, которые находятся в активном состоянии. Говоря про концентраторы и повторители, следует заметить, что эти устройства пропускают абсолютно все сигналы, как нормальные, так и ненормальные. Примером могут стать JAM-сигналы, которые необходимо пропускать для уведомления остальных станций или испорченные последовательности бит, которые подверглись сильному действию шумов в процессе передачи. При прохождении сигналов через концентратор или повторитель все шумы будут усилены вместе с полезным сигналом. Устройства, которые разделяют домены коллизии, обычно наделены определённой логикой и работают на втором и выше уровне по модели OSI. Эти устройства способны анализировать фреймы и делать решения о пересылке фреймов через себя или нет, а значит, они не пропускают сигналы через себя в абсолютно любых случаях и не предоставляют общую среду для передачи. К таким устройствам относятся: Мосты (bridges) - устройства, которые имеют два порта и две таблицы адресов с помощью которых они и определяют, перейдёт мост фрейм или нет, сейчас эти устройства в проводных сетях - редкость, единственным актуальным местом применения мостов является связка беспроводной среды передачи и проводной, где они используются как отдельные устройства. Коммутаторы (switches) - многопортовые мосты, имея абсолютно идентичную базовую логику работы с фреймами. Коммутаторы сейчас являются одними из основных устройств для создания масштабируемых скоростных локальных сетей. Маршрутизаторы (routers) - самые сложные по логике работы устройства, которые помимо работы с MAC адресами (второстепенная задача), работают с сетевыми IP адресами и перенаправляют пакеты из сети в сеть.  Рисунок 2.7 На топологии, которая находится слева видно, что домен коллизии один, так как вся топология составлена из повторителя и концентратора. У повторителя оба порта составляют один домен коллизии и у концентратора все порты составляют один домен коллизии. Выйдя от одной любой станции фрейм будет получен абсолютно всеми остальными станциями в топологии. Рассмотрим теперь топологию, которая находится справа. Все порты концентратора, который находится в нижнем правом углу составляют один домен коллизии, но сверху этот домен ограничен портом сетевого моста, который не даст пройти абсолютно всем сигналам в сегмент выше. Соединение между мостом и коммутатором также является одним отдельным доменом коллизии, хотя в подавляющем числе случаев коллизии на этом сегменте не произойдёт, всё же принято подобные сегменты считать отдельными доменами. То же можно сказать и при подключении одной станции напрямую к порту коммутатора, это тоже будет отдельным доменом. Станция вместе с повторителем образуют также единый домен коллизии, который ограничен портом коммутатора. Имеем четыре домена коллизий. Для нормальной работы сети, чем меньше по размерам домен коллизии, тем лучше работается станциям, которые в нём находятся. Поскольку у коммутаторов каждый порт являет собой отдельный домен коллизии, коммутаторы идеально подходят для построения сетей любого размера, и ограничения на радиус сети для коммутаторов накладывают другие параметры. Микросегментация Поскольку каждый порт коммутатора являет собой отдельный домен коллизии, а в одном домене коллизии желательно, чтобы узлов было - чем меньше, тем лучше, то оптимальным было бы создание домена с двумя узлами. Микросегментацией называется создание доменов коллизии с участием только двух узлов. Микросегментация является явным преимуществом коммутаторов перед концентраторами и также является основой для одновременной двухсторонней передачи данных, режима Full Duplex.  Рисунок 2.8 С помощью микросегментации современные сети смогли полностью отказаться от разделённой среды передачи (shared media) и создать бесколлизионные сети (по collision environment). Congestion - затор в сети возникает, когда количество информации для передачи в момент времени превышает доступную пропускную способность. Такими местами в сети обычно выступают соединения к сети Интернет, сервера хранения или баз данных или просто магистральные соединения, которые не справляются с переносом трафика из одного сегмента сети в другой. Во избежание потери информации, которая «не помещается» в канал для передачи коммутаторы имеют буфер на каждом порту для временного хранения фреймов перед отправкой. Другим вариантом этой проблемы могут быть коммутаторы, которые подключают между собой различные технологии, например, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, в случае, если большое количество трафика будет перенаправляться с порта Fast Ethernet на порт Gigabit Ethernet - никаких проблем не будет, а вот если наоборот, тогда есть вероятность того, что порт просто не сможет справиться с нагрузкой и «захлебнётся», что приведёт к потере трафика, тем более размер буфера на порту коммутатора физически ограничен и после исчерпания свободного объёма памяти коммутатору ничего не останется, как просто расформировывать фреймы.  Рисунок 2.9 На рисунке выше указана топология с коммутатором, который работает со всеми известными технологиями Ethernet одновременно, конечно на практике подобное применяется редко, но для примера взять можно. На рисунке 12 приведен коммутатор с заполнением буферного пространства его портов. Видно, что для портов 10G буфер вообще не используется и коммутатор передаёт и принимает фреймы в реальном времени без задержек для хранения, на других портах понемногу скапливаются фреймы, особенно это заметно на портах, которые работают по устаревшей ныне технологии Ethernet. |