Тема: «Настройка коммутаторов»

Стр 1 из 6Следующая ⇒

Тема: «Настройка коммутаторов»

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1.1 Цель работы: знакомство с настройкой коммутаторов

1.2 В результате выполнения лабораторной работы студент должен знать:

o Синтаксис команд

o Функционирование коммутаторов

o Интерфейсы коммутаторов

1.3Используемые программно-технические средства:

Персональная ЭВМ класса IBM PC стандартной конфигурации; операционная система Windows2000/XP/Vista, MicrosoftOfficeWord.

1.4В процессе выполнения лабораторной работы студент должен:

o Ознакомится с теоретическим материалом.

o Подготовить отчет по лабораторной работе.

o Отчитаться по исполненному заданию.

Перед выполнением лабораторной работы каждый студент обязан изучить правила техники безопасности при работе в помещении с электронно-вычислительной техникой.

1.5 Указания по оформлению отчета:

Отчет должен содержать: титульный лист, цель работы; ответы на контрольные вопросы; выводы.

Указания по сдаче зачета преподавателю

Для сдачи зачета необходимо:

1) выполнить практическое задание

2) предъявить отчет;

3) ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

Обозначения, используемые в курсе

В тексте используются следующие пиктограммы для обозначения сетевых устройств различных типов:

Синтаксис команд

Следующие символы используются для описания ввода команд, ожидаемых значений и аргументов при настройке коммутатора через интерфейс командной строки (CLI).

Символ	Назначение
< угловые скобки >	Содержат ожидаемую переменную или значение, которое должно быть указано
[ квадратные скобки]	Содержат требуемое значение или набор требуемых аргументов. Может быть указано одно значение или аргумент
\| вертикальная черта	Отделяет два или более взаимно исключающих пунктов из списка, один из которых должен быть введен/указан
{ фигурные скобки}	Содержит необязательное значение или набор необязательных аргументов

Коммутатор представлял собой многопортовый мост и также функционировал на канальном уровне модели OSI. Основное отличие коммутатора от моста заключалось в том, что он мог устанавливать одновременно несколько соединений между разными парами портов. При передаче пакета через коммутатор в нем создавался отдельный виртуальный (либо реальный, в зависимости от архитектуры) канал, по которому данные пересылались напрямую от порта-источника к порту-получателю с максимально возможной для используемой технологии скоростью. Такой принцип работы получил название " микросегментация" . Благодаря микросегментации коммутаторы получили возможность функционировать в режиме полного дуплекса (full duplex), что позволяло каждой рабочей станции одновременно передавать и принимать данные, используя всю полосу пропускания в обоих направлениях. Рабочей станции не приходилось конкурировать за полосу пропускания с другими устройствами, в результате чего не происходили коллизии и повышалась производительность сети.

Рис. 1.2. Микросегментация

В настоящее время коммутаторы являются основным строительным блоком для создания локальных сетей. Современные коммутаторы Ethernet превратились в интеллектуальные устройства со специализированными процессорами для обработки и перенаправления пакетов на высоких скоростях и реализации таких функций, как организация резервирования и повышения отказоустойчивости сети, агрегирование каналов, создание виртуальных локальных сетей (VLAN), маршрутизация, управление качеством обслуживания (Quality of Service, QoS), обеспечение безопасности и многих других. Также усовершенствовались функции управления коммутаторов, благодаря чему системные администраторы получили удобные средства настройки сетевых параметров, мониторинга и анализа трафика.

С появлением стандарта IEEE 802.3af-2003 PoE, описывающего технологию передачи питания по Ethernet (Power over Ethernet, PoE), разработчики начали выпускать коммутаторы с поддержкой данной технологии, что позволило использовать их в качестве питающих устройств для IP-телефонов, Интернет-камер, беспроводных точек доступа и другого оборудования.

С ростом популярности технологий беспроводного доступа в корпоративных сетях производители оборудования выпустили на рынок унифицированные коммутаторы с поддержкой технологии PoE для питания подключаемых к их портам точек беспроводного доступа и централизованного управления как проводной, так и беспроводной сетью.

Повышение потребностей заказчиков и тенденции рынка стимулируют разработчиков коммутаторов более или менее регулярно расширять аппаратные и функциональные возможности производимых устройств, позволяющие предоставлять в локальных сетях новые услуги, повышать их надежность, управляемость и защищенность.

Методы коммутации

Первым шагом, который выполняет коммутатор прежде чем принять решение о передаче кадра, является его получение и анализсодержимого. В коммутаторе может быть реализован один из трех режимов работы, определяющих его поведение при получении кадра:

· коммутация с промежуточным хранением (store-and-forward);

· коммутация без буферизации (cut-through);

· коммутация с исключением фрагментов (fragment-free).

При коммутации с промежуточным хранением (store-and-forward) коммутатор, прежде чем передать кадр, полностью копирует его в буфер и производит проверку на наличие ошибок. Если кадр содержит ошибки (не совпадает контрольная сумма или кадрменьше 64 байт или больше 1518 байт), то он отбрасывается. Если кадр не содержит ошибок, то коммутатор находит МАС-адресприемника в своей таблице коммутации и определяет выходной порт. Затем, если не определены никакие фильтры, коммутаторпередает кадр через соответствующий порт устройству назначения.

Несмотря на то, что этот способ передачи связан с задержками (чем больше размер кадра, тем больше времени требуется на его прием и проверку на наличие ошибок), он обладает двумя существенными преимуществами:

· коммутатор может быть оснащен портами, поддерживающими разные технологии и скорости передачи, например, 10/100 Мбит/с, 1000 Мбит/с и 10 Гбит/с;

· коммутатор может проверять целостность кадра, благодаря чему поврежденные кадры не будут передаваться в соответствующие сегменты.

В коммутаторах D-Link реализован этот метод коммутации. Благодаря использованию в устройствах высокопроизводительных процессоров и контроллеров ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) задержка, вносимая коммутацией store-and-forward при передаче пакетов, оказывается незначительной.

Коммутация без буферизации (cut-through) была реализована в первом коммутаторе Ethernet, разработанном фирмой Kalpana в 1990 г. При работе в этом режиме коммутатор копирует в буфер только МАС-адрес назначения (первые 6 байт после префикса) и сразу начинает передавать кадр, не дожидаясь его полного приема. Коммутация без буферизации уменьшает задержку, но проверку на ошибки не выполняет. Данный метод коммутации может использоваться только в том случае, когда порты коммутатора поддерживают одинаковую скорость.

Рис. 1.5. Методы коммутации

Коммутация с исключением фрагментов (fragment-free) является компромиссным решением между методами store-and-forward иcut-through. При этом методе коммутации коммутатор принимает в буфер первые 64 байта кадра, что позволяет ему отфильтровывать коллизионные кадры перед их передачей. В соответствии со спецификацией Ethernet коллизия может произойти во время передачи первых 64 байт. Поэтому все кадры с длиной больше 64 байт считаются правильными. Этот метод коммутации ожидает, пока полученный кадр не будет проверен на предмет коллизии, и только после этого начинает его передачу.

Архитектура коммутаторов

Одним из основных компонентов всего коммутационного оборудования является коммутирующая матрица (switch fabric). Коммутирующая матрица представляет собой чипсет, соединяющий множество входов с множеством выходов на основе фундаментальных технологий и принципов коммутации. Коммутирующая матрица выполняет три функции:

· переключает трафик с одного порта матрицы на другой, обеспечивая их равнозначность;

· предоставляет качество обслуживания (Quality of Service, QoS);

· обеспечивает отказоустойчивость.

Поскольку коммутирующая матрица является ядром аппаратной платформы, к ней предъявляются требования помасштабированию производительности и возможности быстрого развития системы QoS.

Производительность коммутирующей матрицы (switch capacity) определяется как общая полоса пропускания (bandwidth), обеспечивающая коммутацию без отбрасывания пакетов трафика любого типа (одноадресного, многоадресного, широковещательного).

" Неблокирующей" коммутирующей матрицей (non-blocking switch fabric) является такая матрица, у которойпроизводительность и QoS не зависят от типа трафика, коммутируемого через матрицу, и производительность равна сумме скоростей всех портов:

где¹ — количество портов, — максимальная производительность протокола, поддерживаемого i-м портом коммутатора.

Например, производительность коммутатора с 24 портами 10/100 Мбит/с и 2 портами 1 Гбит/с вычисляется следующим образом:

((24 х 100 Мбит/с) + (2 х 1 Гбит/с)) х 2 = 8.8 Гбит/с

Коммутатор обеспечивает портам равноправный доступ к матрице, если в системе не установлено преимущество одних портов над другими.

Поскольку коммутирующая матрица располагается в ядре платформы коммутатора, то одним из наиболее важных вопросов остается ее отказоустойчивость. Этот вопрос решается за счет реализации отказоустойчивой архитектуры, предусматривающей резервирование критичных для работы коммутатора блоков.

Одним из ключевых компонентов архитектуры современных коммутаторов является контроллер ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Контроллеры ASIC представляют собой быстродействующие и относительно недорогие кремниевые кристаллы, которые предназначены для выполнения определенных операций. Использование в архитектуре коммутаторов контроллеров ASICповышает производительность системы, т.к. ASIC выполняет операции аппаратно, благодаря чему не возникают накладныерасходы, связанные с выборкой и интерпретацией хранимых команд. Современные контроллеры ASIC часто содержат на одном кристалле 32-битные процессоры, блоки памяти, включая ROM, RAM, EEPROM, Flash, и встроенное программное обеспечение. Такие ASIC получили название System-on-a-Chip (SoC).

* Умножение на 2 для дуплексного режима работы.

В настоящее время существует много типов архитектур коммутирующих матриц. Выбор архитектуры матрицы во многом определяется ролью коммутатора в сети и количеством трафика, которое ему придется обрабатывать. В действительности, матрица обычно реализуется на основе комбинации двух или более базовых архитектур. Рассмотрим самые распространенные типы архитектур коммутирующих матриц.

Размер таблицы коммутации

Максимальная емкость таблицы коммутации определяет предельное количество MAC-адресов, которыми может одновременно оперировать коммутатор. В таблице коммутации для каждого порта могут храниться как динамически изученные МАС-адреса, так и статические МАС-адреса, которые были созданы администратором сети.

Значение максимального числа МАС-адресов, которое может храниться в таблице коммутации, зависит от области применения коммутатора. Коммутаторы D-Link для рабочих групп и малых офисов обычно поддерживают таблицу МАС-адресов емкостью от 1К до 8К. Коммутаторы крупных рабочих групп поддерживают таблицу МАС-адресов емкостью от 8К до 16К, а коммутаторы магистралей сетей — как правило, от 16К до 64К адресов и более.

Недостаточная емкость таблицы коммутации может служить причиной замедления работы коммутатора и засорения сети избыточным трафиком. Если таблица коммутации полностью заполнена, и порт встречает новый МАС-адрес источника в поступившем кадре, коммутатор не сможет занести его в таблицу. В этом случае ответный кадр на этот МАС-адрес будет разослан через все порты (за исключением порта-источника), т.е. вызовет лавинную передачу.

Объем буфера кадров

Для обеспечения временного хранения кадров в тех случаях, когда их невозможно немедленно передать на выходной порт, коммутаторы, в зависимости от реализованной архитектуры, оснащаются буферами на входных, выходных портах или общим буфером для всех портов. Размер буфера влияет как на задержку передачи кадра, так и на скорость потери пакетов. Поэтому чем больше объем буферной памяти, тем менее вероятны потери кадров.

Обычно коммутаторы, предназначенные для работы в ответственных частях сети, обладают буферной памятью в несколько десятков или сотен килобайт на порт. Общий для всех портов буфер обычно имеет объем в несколько мегабайт.

Синтаксис команд

Методы коммутации

- коммутация с промежуточным хранением (store-and-forward);

- коммутация без буферизации (cut-through);

- коммутация с исключением фрагментов (fragment-free).

Архитектура коммутаторов

- Архитектура с разделяемой шиной

- Архитектура с разделяемой памятью

- Архитектура на основе коммутационной матрицы

- Коммутаторы на основе коммутационной матрицы с буферизацией

- Коммутаторы на основе коммутационной матрицы с арбитражем

Тема: «Настройка коммутаторов»

12 3 4 5 6 Следующая ⇒