Kirja "Building Switched Computer Networks" ilmestyi D-Linkin ja maan johtavan teknisen yliopiston MSTU:n monivuotisen yhteistyön ansiosta. N. E. Bauman. Kirja on tarkoitettu teorian syvälliseen esittelyyn ja käytännön tiedon muodostamiseen. Se perustuu D-Linkin koulutusmateriaaleihin sekä D-Linkin koulutuskeskuksessa MSTU:ssa pidettyihin käytännön tunneihin. N. E. Bauman - D-Link ja tietokonejärjestelmien ja verkkojen laitos.
Kirja sisältää täydellisen kuvauksen LAN-kytkentätekniikoista, esimerkkejä niiden käytöstä sekä D-Link-kytkimien asetuksia. Se on hyödyllinen "Informatiikan ja tietojenkäsittelytieteen" alalla opiskeleville opiskelijoille, jatko-opiskelijoille, verkkovastaaville, yritysasiantuntijoille, jotka toteuttavat uusia tietotekniikka, sekä kaikki nykyaikaisista verkkoteknologioista ja kytkentäisten verkkojen rakentamisen periaatteista kiinnostuneet.
Tekijät haluavat kiittää kaikkia henkilöitä, jotka ovat osallistuneet kurssin piirustusten neuvomiseen, muokkaamiseen ja valmisteluun. Kirjoittajat ilmaisevat kiitoksensa D-Link International PTE Ltd:n ja MSTU:n edustuston johtajille. N. E. Bauman, D-Linkin asiantuntijat Pavel Kozik, Ruslan Bigarov, Alexander Zaitsev, Evgeny Ryzhov ja Denis Evgrafov, Alexander Shchadnev teknisestä neuvonnasta; Olga Kuzmina kirjan toimittamisesta; Alesya Dunaeva avusta kuvien valmistelussa. MSTU:n opettajat tarjosivat suurta apua käsikirjoituksen valmistelussa ja käytännön tuntien testaamisessa. N. E. Bauman Mihail Kalinov, Dmitri Tširkov.
Kurssilla käytetyt merkinnät
Kurssin tekstissä käytetään seuraavia kuvakkeita edustamaan erityyppisiä verkkolaitteita:
Komentosyntaksi
Seuraavia symboleja käytetään kuvaamaan komentosyöttöä, odotetut arvot ja argumentit määritettäessä kytkintä komentoriviliittymän (CLI) kautta.
| Symboli | Tarkoitus |
|---|---|
| < kulmakiinnikkeet > | Sisältää odotetun muuttujan tai arvon, joka on määritettävä |
| [ hakasulkeet] | Sisältää vaaditun arvon tai joukon vaadittuja argumentteja. Voidaan määrittää yksittäisenä arvona tai argumenttina |
| | pystysuora palkki | Erottaa luettelosta kaksi tai useampi toisensa poissulkeva kohde, joista yksi on syötettävä/määritettävä |
| { henkselit} | Sisältää valinnaisen arvon tai joukon valinnaisia argumentteja |
Paikallisten verkkojen kehitys
Lähiverkkojen kehitys liittyy erottamattomasti Ethernet-teknologian kehityshistoriaan, joka on edelleen yleisin lähiverkkotekniikka.
Aluksi LAN-tekniikkaa pidettiin aikaa säästävänä ja kustannustehokkaana tekniikkana, joka jakoi tietoja, levytilaa ja kalliita oheislaitteita. Henkilökohtaisten tietokoneiden ja oheislaitteiden kustannusten lasku on johtanut niiden laajaan käyttöönotossa liiketoiminnassa, ja verkon käyttäjien määrä on kasvanut dramaattisesti. Samalla sovellusten arkkitehtuuri ("client-server") ja niiden vaatimukset laskentaresursseille sekä laskenta-arkkitehtuuri ( hajautettua laskentaa). Tuli suosittu vähentäminen(downscaling) - tietojärjestelmien ja sovellusten siirto keskuskoneista verkkoalustoille. Kaikki tämä johti painopisteen muutokseen verkkojen käytössä: niistä tuli keskeinen työkalu liiketoiminnassa, joka varmistaa tehokkaimman tiedonkäsittelyn.
Varhaiset Ethernet-verkot (10Base-2 ja 10Base-5) käyttivät väylätopologiaa, jolloin jokainen tietokone oli yhdistetty muihin laitteisiin yhdellä koaksiaalikaapelilla, jota käytettiin tiedonsiirtovälineet. Verkkoympäristö jaettiin, ja laitteiden oli varmistettava, että se on ilmainen, ennen kuin ne alkoivat lähettää datapaketteja. Vaikka nämä verkot oli helppo asentaa, niillä oli merkittäviä haittoja, kuten rajoitukset kokoa, toimivuutta ja laajennettavuutta, luotettavuuden puute ja kyvyttömyys käsitellä eksponentiaalisesti lisääntyvää verkkoliikennettä. Paikallisverkkojen tehokkuuden parantamiseksi tarvittiin uusia ratkaisuja.
Seuraava askel oli tähtitopologialla varustetun 10Base-T-standardin kehittäminen, jossa jokainen solmu yhdistettiin erillisellä kaapelilla keskuslaitteeseen - keskitin. Keskitin työskenteli OSI-mallin fyysisellä kerroksella ja toisti yhdestä portistaan tulevia signaaleja kaikkiin muihin aktiivisiin portteihin palauttaen ne etukäteen. Keskittimien käyttö mahdollisti verkon luotettavuuden lisäämisen, koska minkään kaapelin katkeaminen ei johtanut koko verkon vikaantumiseen. Huolimatta siitä, että keskittimien käyttö verkossa yksinkertaisti sen hallinta- ja ylläpitotehtäviä, lähetysväline säilyi kuitenkin jaettuna (kaikki laitteet olivat samassa törmäysalueessa). Lisäksi niiden yhdistämien hubien ja verkkosegmenttien kokonaismäärä oli rajoitettu aikaviiveiden ja muiden syiden vuoksi.
Tehtävä verkon segmentointi, eli käyttäjien jakaminen ryhmiin (segmentteihin) fyysisen sijainnin mukaan kaistanleveydestä kilpailevien asiakkaiden määrän vähentämiseksi ratkaistiin ns. silta. Digital Equipment Corporation (DEC) kehitti sillan 1980-luvun alussa, ja se oli OSI-linkkikerroslaite (yleensä kaksiporttinen), joka oli suunniteltu yhdistämään verkkosegmenttejä. Toisin kuin keskitin, silta ei yksinkertaisesti välittänyt datapaketteja segmentistä toiseen, vaan analysoi ja välitti ne vain, jos tällainen lähetys oli todella tarpeen, eli kohdetyöaseman osoite kuului toiseen segmenttiin. Tällä tavalla silta eristi yhden segmentin liikenteen toisen segmentin liikenteestä, mikä pienensi törmäysaluetta ja lisäsi suorituskykyä verkkoja.
Sillat olivat kuitenkin tehokkaita vain niin kauan kuin työasemien määrä segmentissä pysyi suhteellisen pienenä. Heti kun se kasvoi, verkoissa ilmeni ruuhkaa (verkkolaitteiden vastaanottopuskurien ylivuoto), mikä johti pakettien katoamiseen.
Verkkoon kytkettyjen laitteiden määrän kasvu, työasemaprosessorien tehon kasvu, multimediasovellusten ja asiakaspalvelinsovellusten ilmaantuminen vaativat lisää kaistanleveyttä. Vastauksena näihin kasvaviin vaatimuksiin Kalpana lanseerasi ensimmäisen kytkin, nimeltään EtherSwitch.
Riisi. 1.1.
Kytkin oli moniporttinen silta ja toimi myös OSI-mallin datalinkkikerroksessa. Suurin ero kytkimen ja sillan välillä oli, että se voi asentaa useita yhteyksiä samanaikaisesti eri porttiparien välillä. Kun paketti välitettiin kytkimen kautta, siihen luotiin erillinen virtuaalinen (tai arkkitehtuurista riippuen todellinen) kanava, jonka kautta dataa lähetettiin suoraan lähdeportista vastaanottajaporttiin käytettävälle tekniikalle mahdollisella maksiminopeudella. . Tätä toimintaperiaatetta kutsutaan "mikrosegmentointi". Mikrosegmentoinnin ansiosta kytkimet voivat toimia täysi kaksipuolinen tila (
Paikalliset sillat - kytkimien edeltäjät
Paikallisverkkojen segmenttien ja solmujen vaihtamisen periaatteet perinteisillä tekniikoilla
Full-duplex LAN-protokollat - keskittyvät yksinomaan kehysten vaihtamiseen
Pankkiautomaatin vaihto
Paikallisverkon kytkimien ominaisuudet
Kytkimien tekninen toteutus
Kangaspohjaiset kytkimet
Bussivaihteet
Jaetut muistikytkimet
Yhdistelmäkytkimet
Modulaariset ja pinottavat kytkimet
Kytkimen suorituskykyominaisuudet
Suodatusnopeus ja etenemisnopeus
Arvioi tarvittava kytkimen kokonaissuorituskyky
Osoitetaulukon koko
Puskurin tilavuus
Kytkimen lisäominaisuudet
Linkkikerroksen protokollien käännös
Spanning Tree Algorithm Support
Tapoja ohjata kehysvirtaa
Vaihteiden liikenteen suodatusominaisuudet
Lennossa tai puskuroitu kytkentä
Eri palveluluokkien käyttäminen (palveluluokka)
Virtuaaliverkon tuki
Kytketyn verkon hallinta
Tyypillisiä kytkimien käyttöä paikallisissa verkoissa
Kytkin vai keskitin?
Kytkin vai reititin?
Tavaratila vedetty kytkimen kohdalle
Hajautettu runko kytkimille
Katsaus kytkinmalleihin
Cisco Systemsin katalysaattorikytkimet
SMC EliteSwitch ES/1
3Com LAN-kytkimet
Esimerkkejä paikallisverkkojen ATM-kytkimistä
Johdanto. Suuntaus on korvata keskittimet ja reitittimet kytkimillä
Rakennus- tai kampuslaajuisten paikallisverkkojen kuljetusjärjestelmä on jo pitkään alkanut sisältää erilaisia aktiivisia viestintälaitteita - toistimia, keskittimiä, kytkimiä ja reitittimiä, jotka on kytketty monimutkaisiin hierarkkisiin rakenteisiin, kuten kuvassa 1.1 esitettyyn.
Riisi. 1.1. Tyypillinen rakennus tai kampusverkostorakenne
Aktiiviset laitteet hallitsevat verkossa kiertäviä bittejä, kehyksiä ja paketteja yrittäen järjestää niiden lähetyksen niin, että data katoaa mahdollisimman harvoin ja pääsee vastaanottajille mahdollisimman nopeasti, verkossa toimivien sovellusten liikennetarpeiden mukaisesti. .
Kuvatusta lähestymistavasta on tullut normi suurten verkkojen suunnittelussa ja se on korvannut kokonaan pelkästään passiivisten kaapelisegmenttien pohjalta rakennetut verkot, joita verkossa olevat tietokoneet jakavat tiedon välittämiseksi. Hierarkkisesti kytkettyjen aktiivisten laitteiden verkkojen etuja on testattu käytännössä useammin kuin kerran, eikä niitä nyt kukaan kiistä.
Ja jos et kiinnitä huomiota käytettyjen laitteiden tyyppeihin, vaan pidät niitä yksinkertaisesti moniporttisina mustina laatikoina, saatat saada vaikutelman, että paikallisten verkkojen rakentamisen teoriassa ja käytännössä ei ole muita muutoksia - hyvin samankaltaisia järjestelmiä on ehdotettu ja toteutettu, mikä eroaa vain solmujen lukumäärästä ja viestintälaitteiden hierarkian tasoista.
Käytettyjen laitteiden laadullinen analyysi kuitenkin viittaa päinvastaiseen. Muutoksia on, ja ne ovat merkittäviä. Viimeisen vuoden tai parin aikana kytkimet ovat alkaneet syrjäyttää muun tyyppisiä aktiivisia laitteita näennäisesti vakiintuneilta paikoista. Vuosia sitten tyypillisessä rakennusverkossa hierarkian alimmalla tasolla olivat aina toistimet ja keskittimet, ylin rakennettiin reitittimien avulla ja kytkimet saivat paikkansa jossain keskellä, kerrosverkkotasolla. Lisäksi kytkimiä oli yleensä vähän - ne asennettiin vain erittäin kiireisiin verkkosegmentteihin tai korkean suorituskyvyn palvelimien yhdistämiseen.
Kytkimet alkoivat syrjäyttää reitittimiä verkon keskustasta reuna-alueille (kuva 1.2), missä niitä käytettiin yhdistämään paikallisverkko globaaleihin verkkoihin.
Riisi. 1.2. Kytkimien ja reitittimien jakaminen
Keskeisen paikan rakennuksen verkossa muodosti modulaarinen yrityskytkin, joka yhdisti kaikki kerros- ja osastoverkot sisäisellä, yleensä erittäin tuottavalla rungollaan. Kytkimet ovat syrjäyttäneet reitittimet, koska niiden yhdelle portille laskettu hinta/suorituskyky-indikaattori osoittautui paljon alhaisemmaksi, ja toiminnallisuus lähestyi reitittimien aktiivista vaikutusta lähetettävään liikenteeseen. Nykypäivän yrityskytkimet voivat tehdä suuren osan siitä, mikä muutama vuosi sitten näytti reitittimien yksinomaiselta etuoikeudelta: lähettää eri paikallisverkkoteknologioiden lähetyskehyksiä, esimerkiksi Ethernetistä FDDI:hen, suodattaa liikennettä eri ehtojen mukaan, mukaan lukien käyttäjän määrittämät, eristää yhden liikenteen. segmentti toisesta jne. Kytkimet esittelivät myös uuden teknologian, jota ei ollut käytetty ennen niiden ilmestymistä - virtuaalisten segmenttien teknologian, jonka avulla käyttäjät voivat siirtyä segmentistä toiseen puhtaasti ohjelmallisesti ilman liittimien fyysistä uudelleenkytkentää. Ja kaiken tämän vuoksi kytkimien yhtäläisen suorituskyvyn porttikohtainen hinta osoittautuu useita kertoja alhaisemmaksi kuin reitittimien.
Yritysverkon runkokerroksen valloittamisen jälkeen kytkimet alkoivat hyökätä työryhmäverkkoihin, joissa aiemmin, viimeisen viiden vuoden aikana, on aina käytetty kierrettyjen parikaapelien moniporttisia toistimia (keskittimiä), jotka korvasivat passiivisia koaksiaalisegmenttejä. Erityisesti tähän tarkoitukseen suunniteltuja kytkimiä on ilmestynyt - yksinkertaisia, usein hallitsemattomia laitteita, jotka voivat siirtää vain nopeasti kehyksiä portista porttiin kohdeosoitteeseen, mutta eivät tue kaikkia yrityskytkimien monipuolisuutta. Näiden kytkimien porttikohtainen hinta laskee nopeasti, ja vaikka keskitinportti maksaa edelleen vähemmän kuin työryhmän kytkinportti, hintatrendi on selvä.
Tämän suuntauksen voivat vahvistaa tutkimusyhtiöiden InStatin ja Dell'Oro Groupin tiedot vuodelta 1996 sekä niiden ennuste vuodelle 1998:
| 1996 | 1998Prosenttialennus kahdessa vuodessa |
|
| Keskihinta per keskusportti | ||
| Ethernet | $101 | $946.9% |
| Nopea Ethernet | $200 | $14527.5% |
| Keskihinta per kytkinportti | ||
| Ethernet | $427 | $20053% |
| Nopea Ethernet | $785 | $50036.3% |
| Vaihda portti/keskittimen porttisuhde | ||
| Ethernet | 4.22 | 2.1 |
| Nopea Ethernet | 3.9 | 3.4 |
Nämä tiedot kerätään kaikista kytkimien luokista, työryhmätasolta runkoverkon tasolle, jossa keskittimiä ei käytetä, joten keskittimien vertaileminen vain työryhmän kytkimiin antaisi vielä läheisempiä tuloksia kustannusten suhteen, koska yksittäisen Ethernet-portin hinta kytkimiä saavuttaa 150 dollaria, eli vain puolitoista kertaa Ethernet-keskitinportin kustannukset.
Samanaikaisesti kytkimelle rakennetun verkon suorituskyky on yleensä useita kertoja parempi kuin vastaavan keskittimellä rakennetun verkon suorituskyky. Koska suorituskyvyn päivitysten kustannukset eivät ole niin korkeat ja ne laskevat jatkuvasti, monet verkkointegraattorit hyväksyvät sen yhä useammin vähentääkseen verkkonsa viivettä. Reaaliaikaisten sovellusten yleistymisen myötä kuljetusviiveiden vaikutukset kasvavat ja kuljetusjärjestelmän kuormitus kasvaa, mikä kannustaa entisestään tehokkaita laitteita, kuten kytkimiä, siirtymään lähemmäs käyttäjien tietokoneita.
Suuntaus kytkimien roolin kasvattamiseen paikallisverkoissa ei tietenkään ole ehdoton. Sekä reitittimillä että keskittimillä on edelleen sovelluksensa, joissa ne ovat järkevämpiä kuin kytkimet. Reitittimet ovat edelleen välttämättömiä, kun paikallisverkko yhdistetään maailmanlaajuiseen verkkoon. Lisäksi reitittimet täydentävät kytkimiä hyvin rakennettaessa virtuaalisia verkkoja virtuaalisista segmenteistä, koska ne tarjoavat todistetusti tavan yhdistää segmentit verkkoon verkko-osoitteidensa perusteella.
Myös rikastajilla on oma markkinarako nykyään. On edelleen suuri määrä tapauksia, joissa työryhmän liikenne on pientä ja ohjattu yhdelle palvelimelle. Tällaisissa tapauksissa kytkimen korkea suorituskyky ei hyödytä loppukäyttäjää paljoa - vaihdettaessa napa kytkimellä hän tuskin tuntee sitä.
Paikallisverkkoihin ilmestyy kuitenkin yhä enemmän kytkimiä, eikä tilanne todennäköisesti muutu radikaalisti lähitulevaisuudessa. Jotkut uudet tekniikat, kuten ATM, käyttävät yleensä kytkentää ainoana tiedonsiirtomenetelmänä verkossa, kun taas toiset, esimerkiksi Gigabit Ethernet, pitävät sitä, vaikkakaan ei ainoana, mutta pääasiallisena tapana kommunikoida verkon laitteiden kanssa.
Kehyskytkentätekniikat paikallisissa verkoissa
Perinteisten teknologioiden (Ethernet, Token Ring) rajoitukset, jotka perustuvat jaettuun tiedonsiirtovälineeseen
LAN-toistimet ja keskittimet toteuttavat jaettuun mediaan suunniteltuja ydintekniikoita. Klassinen tämän tekniikan edustaja on Ethernet koaksiaalikaapelilla. Tällaisessa verkossa kaikki tietokoneet jakavat ajassa yhden viestintäkanavan, jonka muodostaa koaksiaalikaapelin segmentti (kuva 2.1).
Hallitsematon kytkin sopii kodin tai pienen toimiston verkon rakentamiseen. Sen ero muihin on "laatikollinen" versio. Eli oston jälkeen riittää, että muodostat yhteyden palveluntarjoajan palvelimeen ja voit jakaa Internetiä.
Kun työskentelet tällaisen kytkimen kanssa, on syytä ottaa huomioon, että lyhytaikaiset viiveet ovat mahdollisia käytettäessä puhehakulaitteita (Skype, Vo-IP) ja mahdottomuus jakaa Internet-kanavan leveyttä. Eli kun käynnistät Torrent-ohjelman yhdessä verkon tietokoneista, se kuluttaa lähes koko kanavan kaistanleveyden, ja muut verkon tietokoneet käyttävät jäljellä olevaa kaistanleveyttä.
Hallittu kytkin on paras ratkaisu verkon rakentamiseen toimistoissa ja tietokonekerhoissa. Tämä tyyppi myydään vakiona ja vakioasetuksilla.
Tällaisen kytkimen määrittämiseksi sinun on työskenneltävä kovasti - suuri määrä asetuksia voi saada pään pyörimään, mutta oikealla lähestymistavalla se tuo upeita tuloksia. Pääominaisuus on kanavan leveyden jakautuminen ja kunkin portin suorituskyvyn säätö. Otetaan esimerkkinä Internet-kanava 50 Mbps/s, 5 tietokonetta verkossa, IP-TV digiboksi ja ATC. Voimme tehdä useita vaihtoehtoja, mutta harkitsen vain yhtä.
Seuraavaksi vain mielikuvituksesi ja älykäs ajattelu. Kaiken kaikkiaan meillä on suhteellisen suuri kanava. Miksi suhteellisesti? Opit nämä tiedot lisää, jos perehdyt huolellisesti olemukseen. Unohdin selventää – olen kokoamassa verkkoa pienelle toimistolle. IP-TV:tä käytetään televisioon odotushuoneessa, tietokoneita - sähköpostin kanssa työskentelyyn, asiakirjojen siirtoon, verkkosivustojen selaamiseen, ATC:tä - lankapuhelinten yhdistämiseen päälinjaan puheluiden vastaanottamiseen Skypestä, QIP:stä, matkapuhelimista jne.
Hallittu kytkin on muunnos tavallisesta, hallitsemattomasta kytkimestä.
ASIC-sirun lisäksi se sisältää mikroprosessorin, joka pystyy suorittamaan kehyksille lisätoimintoja, kuten suodatuksen, muokkauksen ja priorisoinnin, sekä muita toimintoja, jotka eivät liity kehysten edelleenlähetykseen. Tarjoa esimerkiksi käyttöliittymä.
Käytännössä erot hallittujen ja hallitsemattomien kytkimien välillä ovat ensinnäkin tuettujen standardien luettelossa - jos tavallinen, hallitsematon kytkin tukee vain Ethernet-standardia (IEEE 802.3) sen eri muodoissa, hallitut kytkimet tukevat paljon laajempaa luetteloa. standardeista: 802.1Q 802.1X, 802.1AE, 802.3ad (802.1AX) ja niin edelleen, jotka vaativat määrityksen ja hallinnan.
On myös toinen tyyppi - SMART-kytkimet.
Älykytkimien ilmestyminen johtui markkinointiliikkeestä - laitteet tukevat huomattavasti pienempää määrää toimintoja kuin vanhemmat veljensä, mutta ovat kuitenkin hallittavissa.
Jotta kuluttajia ei hämmennetä tai johdeta harhaan, ensimmäiset mallit valmistettiin nimellä älykäs tai web-managed.
Nämä laitteet tarjosivat hallittujen kytkimien perustoiminnot huomattavasti halvemmalla - VLAN-organisaatio, porttien hallinnollinen käyttöönotto ja käytöstä poistaminen, MAC-osoitteen suodatus tai nopeusrajoitus. Perinteisesti ainoa hallintatapa oli verkkokäyttöliittymä, joten nimi web-managed annettiin tiukasti älykytkimille.
Kytkin tallentaa assosiatiiviseen muistiin kytkentätaulukon, joka osoittaa isännän MAC-osoitteen vastaavuuden kytkinporttiin. Kun kytkin kytketään päälle, tämä taulukko on tyhjä ja alkaa toimia oppimistilassa. Tässä tilassa mihin tahansa porttiin saapuvat tiedot välitetään kytkimen kaikkiin muihin portteihin. Tässä tapauksessa kytkin analysoi kehykset ja, määritettyään lähettävän isännän MAC-osoitteen, syöttää sen taulukkoon.
Myöhemmin, jos jokin kytkinporteista vastaanottaa kehyksen, joka on tarkoitettu isännälle, jonka MAC-osoite on jo taulukossa, tämä kehys lähetetään vain taulukossa määritellyn portin kautta. Jos kohdeisännän MAC-osoite ei ole sidottu mihinkään kytkimen porttiin, kehys lähetetään kaikkiin portteihin.
Ajan myötä kytkin rakentaa täydellisen taulukon kaikille porteilleen, ja sen seurauksena liikenne lokalisoituu.
On syytä huomata alhainen latenssi (viive) ja suuri edelleenlähetysnopeus kussakin liitäntäportissa.
Vaihtotavat kytkimessä.
Vaihtomenetelmiä on kolme. Jokainen niistä on yhdistelmä parametreja, kuten odotusaika, jolloin kytkin tekee päätöksen (latenssi) ja lähetyksen luotettavuus.
Välivarastolla (Store ja Forward).
"Leikkaus".
"Fragmentiton" tai hybridi.
Välivarastolla (Store ja Forward). Kytkin lukee kaikki kehyksen saapuvat tiedot, tarkistaa sen virheiden varalta, valitsee kytkentäportin ja lähettää sitten vahvistetun kehyksen siihen.
"Katkaisu". Kytkin lukee kehyksestä vain kohdeosoitteen ja suorittaa sitten vaihdon. Tämä tila vähentää lähetysviiveitä, mutta siinä ei ole virheentunnistusmenetelmää.
"Fragmentiton" tai hybridi. Tämä tila on muunnelma "All Around" -tilasta. Lähetys suoritetaan törmäysfragmenttien suodattamisen jälkeen (64 tavun kokoiset kehykset käsitellään store-and-forward-tekniikalla, loput cut-through-tekniikalla). "Switch päätös" -viive lisätään aikaan, joka kuluu kehyksestä siirtymiseen kytkinporttiin ja sieltä poistumiseen, ja se määrittää yhdessä kytkimen kokonaisviiveen.
Kytkimen suorituskykyominaisuudet.
Kytkimen tärkeimmät ominaisuudet, jotka mittaavat sen suorituskykyä, ovat:
- - suodatusnopeus;
- - reititysnopeus (edelleenlähetys);
- - läpimenokyky;
- - kehyksen lähetysviive.
Lisäksi on useita kytkimen ominaisuuksia, joilla on suurin vaikutus näihin suorituskykyvaatimuksiin. Näitä ovat:
- - kehyspuskurin (-puskureiden) koko;
- - sisäinen väylän suorituskyky;
- - prosessorin tai prosessorien suorituskyky;
- - sisäisen osoitetaulukon koko.
Kehyssuodatus ja edelleenlähetysnopeus ovat kytkimen kaksi keskeistä suorituskykyä. Nämä ominaisuudet ovat olennaisia indikaattoreita, ne eivät riipu siitä, kuinka kytkin on teknisesti toteutettu.
Suodatusnopeus määrittää nopeuden, jolla kytkin suorittaa seuraavat kehyskäsittelyvaiheet:
- - kehyksen vastaanottaminen puskuriin;
- - kehyksen tuhoaminen, koska sen kohdeportti on sama kuin lähdeportti.
Edelleenlähetysnopeus määrittää nopeuden, jolla kytkin suorittaa seuraavat kehyskäsittelyvaiheet:
- - kehyksen vastaanottaminen puskuriin;
- - osoitetaulukon tarkastelu portin löytämiseksi kehyksen kohdeosoitteelle;
- - kehyksen siirtäminen verkkoon osoitetaulukosta löytyvän kohdeportin kautta.
Sekä suodatusnopeus että edelleenlähetysnopeus mitataan yleensä kehyksiä sekunnissa.
Jos kytkimen ominaisuudet eivät määrittele, mille protokollalle ja mille kehyskoolle suodatus- ja edelleenlähetysnopeudet annetaan, oletusarvoisesti nämä indikaattorit annetaan Ethernet-protokollalle ja kehyksille, joiden pituus on 64 tavua (ilman johdanto-osaa). jossa on 46 tavun tietokenttä.
Vähimmäispituisten kehysten käyttö kytkimen nopeuden pääindikaattorina selittyy sillä, että tällaiset kehykset luovat kytkimelle aina vaikeimman toimintatilan verrattuna muiden formaattien kehyksiin, joilla on sama siirretyn käyttäjädatan läpimeno.
Siksi kytkintä testattaessa käytetään pienimmän kehyksen pituuden tilaa vaikeimpana testinä, jonka pitäisi varmistaa kytkimen kyky toimia sille huonoimmalla liikenneparametrien yhdistelmällä.
Lisäksi minimipituisten pakettien kohdalla suodatus- ja välitysnopeuksilla on maksimiarvo, jolla ei ole vähäistä merkitystä kytkintä mainostettaessa.
Kytkimen suorituskykyä mitataan sen porttien kautta aikayksikköä kohti siirretyn käyttäjädatan määrällä.
Koska kytkin toimii datalinkkitasolla, sen käyttäjädata on data, joka siirretään datalinkkikerroksen protokollakehysten tietokenttään - Ethernet, Token Ring, FDDI jne.
Kytkimen läpäisykyvyn maksimiarvo saavutetaan aina maksimipituisissa kehyksissä, koska tällöin kehysten ylimääräisten tietojen osuus yleiskustannuksista on paljon pienempi kuin vähimmäispituisilla kehyksillä ja aika, jolloin kytkin suorittaa kehyskäsittelytoimintoja tavua kohden. käyttäjätiedoista on huomattavasti vähemmän.
Kytkimen suorituskyvyn riippuvuutta lähetettyjen kehysten koosta havainnollistaa hyvin esimerkki Ethernet-protokollasta, jonka vähimmäispituisia kehyksiä lähetettäessä siirtonopeus on 14880 kehystä sekunnissa ja 5,48 Mb/s. saavutetaan, ja maksimipituisia kehyksiä lähetettäessä saavutetaan 812 kehystä sekunnissa lähetysnopeus ja 9,74 Mb/s.
Suorituskyky putoaa lähes kaksinkertaisesti vaihdettaessa vähimmäispituisiin kehyksiin, eikä tässä oteta huomioon kytkimen kehysten käsittelyyn kuluvaa aikaa.
Kehyksen lähetysviive mitataan ajanjaksona, joka on kulunut hetkestä, kun kehyksen ensimmäinen tavu saapuu kytkimen tuloporttiin, siihen hetkeen, kun tämä tavu ilmestyy kytkimen lähtöporttiin.
Latenssi koostuu ajasta, joka kuluu kehyksen tavujen puskuroimiseen, sekä ajasta, joka kuluu kytkimen kehyksen käsittelyyn - osoitetaulukon läpikäymiseen, suodatus- tai edelleenlähetyspäätösten tekemiseen ja lähtöporttiympäristöön pääsyyn. Kytkimen aiheuttama viive riippuu sen toimintatavasta. Jos kytkentä suoritetaan "lennossa", viiveet ovat yleensä pieniä ja vaihtelevat välillä 10 µs - 40 µs, ja täyden kehyksen puskuroinnilla - 50 µs - 200 µs (minimipituisille kehyksille). Kytkin on moniporttinen laite, joten on tapana antaa kaikki yllä olevat ominaisuudet (paitsi kehyksen lähetysviive) kahdessa versiossa:
- - ensimmäinen vaihtoehto on kytkimen kokonaissuorituskyky, jossa liikenne lähetetään samanaikaisesti kaikissa sen porteissa;
- - Toinen vaihtoehto on porttikohtainen suorituskyky.
Koska kun liikennettä siirretään samanaikaisesti useiden porttien kautta, on olemassa valtava määrä liikennevaihtoehtoja, jotka eroavat virrassa olevien kehysten koosta, kehysvirtojen keskimääräisen intensiteetin jakautumisesta kohdeporttien välillä, liikenteen intensiteetin vaihtelukertoimista. kehysvirtaukset jne., jne.
Sitten kun vaihteita verrataan suorituskyvyn mukaan, on otettava huomioon, minkä liikennemuunnelman osalta julkaistut suorituskykytiedot saadaan. Jotkut tietoliikennelaitteita jatkuvasti testaavat laboratoriot ovat kehittäneet tarkat kuvaukset kytkinten testausolosuhteista ja käyttävät niitä käytännössä, mutta teollisuudessa nämä testit eivät ole vielä yleistyneet. Ihannetapauksessa verkkoon asennettu kytkin lähettää kehyksiä sen portteihin kytkettyjen solmujen välillä nopeudella, jolla solmut generoivat nämä kehykset aiheuttamatta lisäviiveitä tai menettämättä yhtä kehystä.
Käytännössä kytkin aiheuttaa aina joitain viiveitä lähetettäessä kehyksiä ja voi myös menettää joitain kehyksiä, eli ei toimita niitä vastaanottajille. Eri kytkinmallien sisäisen organisaation eroista johtuen on vaikea ennustaa, kuinka tietty kytkin lähettää kehyksiä mille tahansa tietylle liikennekuviolle. Paras kriteeri on edelleen käytäntö sijoittaa kytkin todelliseen verkkoon ja mitata sen aiheuttamia viiveitä ja kadonneiden kehysten määrää. Kytkimen kokonaissuorituskyky varmistetaan sen jokaisen yksittäisen elementin - porttiprosessorin, kytkentämatriisin, yhteisten väylän liitäntämoduulien jne. - riittävän korkealla suorituskyvyllä.
Riippumatta vaihteen sisäisestä organisoinnista ja sen toimintojen liukuhihnan menetelmistä, sen elementeille voidaan määrittää melko yksinkertaiset suorituskykyvaatimukset, jotka ovat tarpeen tietyn liikennematriisin tukemiseksi. Koska kytkimien valmistajat pyrkivät tekemään laitteistaan mahdollisimman nopeita, kytkimen sisäinen kokonaissuorituskyky ylittää usein jonkin verran keskimääräistä liikennettä, joka voidaan lähettää kytkinportteihin niiden protokollien mukaan.
Tämän tyyppistä kytkintä kutsutaan ei-estokseksi, eli kaiken tyyppinen liikenne välitetään vähentämättä sen intensiteettiä. Kytkimen yksittäisten elementtien, kuten porttiprosessorien tai yhteisen väylän, suorituskyvyn lisäksi kytkimen suorituskykyyn vaikuttavat sellaiset parametrit kuten osoitetaulukon koko ja yleispuskurin tai yksittäisten porttipuskurien määrä.
Osoitetaulukon koko vaikuttaa osoitetaulukon maksimikapasiteettiin ja määrittää MAC-osoitteiden enimmäismäärän, joita kytkin voi käsitellä samanaikaisesti.
Koska kytkimet käyttävät useimmiten omistettua prosessointiyksikköä toimintojen suorittamiseen jokaisessa portissa, jossa on oma muisti osoitetaulukon esiintymän tallentamiseksi, kytkimien osoitetaulukon koko annetaan yleensä porttikohtaisesti.
Eri prosessorimoduulien osoitetaulukon ilmentymät eivät välttämättä sisällä samoja osoitetietoja - todennäköisimmin päällekkäisiä osoitteita ei tule olemaan montaa, ellei liikenteen jakautuminen jokaisessa portissa ole täysin tasainen muiden porttien kesken. Jokainen portti tallentaa vain äskettäin käyttämät osoitejoukot. Porttiprosessorin muistamien MAC-osoitteiden enimmäismäärä riippuu kytkimen sovelluksesta. Työryhmäkytkimet tukevat yleensä vain muutamaa osoitetta porttia kohden, koska ne on suunniteltu muodostamaan mikrosegmenttejä. Osastokytkimien on tuettava useita satoja osoitteita ja verkon runkoverkon kytkimien on tuettava useita tuhansia, tyypillisesti 4000 - 8000 osoitetta. Riittämätön osoitetaulukon kapasiteetti voi aiheuttaa vaihdon hidastumisen ja verkon tukkeutumisen liiallisesta liikenteestä. Jos porttiprosessorin osoitetaulukko on täysin täynnä ja se löytää uuden lähdeosoitteen saapuvassa paketissa, sen on poistettava vanha osoite taulukosta ja asetettava uusi tilalle. Tämä toimenpide itsessään vie jonkin verran prosessorin aikaa, mutta suurin suorituskyvyn menetys havaitaan, kun kehys saapuu kohdeosoitteella, joka oli poistettava osoitetaulukosta.
Koska kehyksen kohdeosoite on tuntematon, kytkimen on välitettävä kehys kaikkiin muihin portteihin. Tämä toimenpide aiheuttaa tarpeetonta työtä monille porttiprosessoreille, lisäksi tämän kehyksen kopiot päätyvät niille verkon segmenteille, joissa ne ovat täysin tarpeettomia. Jotkut kytkimien valmistajat ratkaisevat tämän ongelman muuttamalla algoritmia sellaisten kehysten käsittelyssä, joiden kohdeosoite on tuntematon. Yksi kytkinporteista on määritetty runkoportiksi, johon lähetetään oletusarvoisesti kaikki tuntemattoman osoitteen omaavat kehykset.
Kytkimen sisäistä puskurimuistia tarvitaan datakehysten väliaikaiseen tallentamiseen tapauksissa, joissa niitä ei voida välittömästi siirtää lähtöporttiin. Puskuri on suunniteltu tasoittamaan lyhytaikaisia liikennepurskeita.
Vaikka liikenne olisikin tasapainossa ja porttiprosessorien sekä kytkimen muiden prosessointielementtien suorituskyky riittäisi välittämään keskimääräisiä liikennearvoja, tämä ei kuitenkaan takaa, että niiden suorituskyky riittää hyvin suurelle huipukselle. kuormia. Esimerkiksi liikenne voi saapua samanaikaisesti kaikkiin kytkimien tuloihin muutamassa kymmenessä millisekunnissa, mikä estää sitä lähettämästä vastaanotettuja kehyksiä lähtöportteihin. Kehyshäviön estämiseksi, kun keskimääräinen liikenteen intensiteetti ylitetään toistuvasti lyhyeksi ajaksi (ja paikallisissa verkoissa liikenteen aaltoilukerroinarvot löytyvät usein välillä 50-100), ainoa keino on suuren volyymin puskuri. Kuten osoitetaulukoissa, jokaisella portin prosessorimoduulilla on tyypillisesti oma puskurimuisti kehysten tallentamista varten. Mitä suurempi tämän muistin volyymi, sitä epätodennäköisempää on, että kehykset katoavat ylikuormituksen vuoksi, vaikka jos keskimääräiset liikennearvot ovat epätasapainossa, puskuri ennemmin tai myöhemmin ylitäytyy.
Tyypillisesti verkon kriittisissä osissa toimiviksi suunniteltujen kytkimien puskurimuisti on useita kymmeniä tai satoja kilotavuja porttia kohden.
On hyvä, kun tämä puskurimuisti voidaan jakaa uudelleen useiden porttien kesken, koska samanaikainen ylikuormitus useissa porteissa on epätodennäköistä. Lisäsuojaus voi olla kaikille kytkimen hallintamoduulin porteille yhteinen puskuri. Tällaisen puskurin kapasiteetti on yleensä useita megatavuja.
Paikallisverkkojen (LAN) kytkentä on yksi perusteista meneillään olevalle siirtymiselle seuraavan sukupolven teknologioiden käyttöön. Perinteiset lähiverkot on suunniteltu jakamaan resursseja muutaman aseman käyttäjien kesken (yleensä jopa 50). Jaetut resurssit sisältävät tiedostot ja oheislaitteet (tulostimet, modeemit jne.). Koska liikennekuvio tällaisissa verkoissa on luonteeltaan selvä purskeinen, kaikkien käyttäjien kesken jaetun kaistanleveyden käyttö voi johtaa merkittävään hidastumiseen. Ethernet- ja token ring -standardit säätelevät verkkolaitteiden pääsyä jaettuun tiedonsiirtomediaan. Kun yksi laitteista lähettää tietoja verkkoon, kaikkien muiden on odotettava lähetyksen valmistumista yrittämättä lähettää tietojaan verkkoon.
Tämä medianjakojärjestelmä on erittäin tehokas pienissä verkoissa, joita käytetään tiedostojen tai tulostimien jakamiseen. Nykyään paikallisten verkkojen koko ja monimutkaisuus ovat kasvaneet merkittävästi, ja laitteiden lukumäärää mitataan tuhansissa. Yhdessä lisääntyvien käyttäjien tarpeiden kanssa perinteisten verkkoarkkitehtuurien (kuten Ethernet ja token ring) epädeterministisyys on alkanut rajoittaa verkkosovellusten ominaisuuksia. LAN-kytkentä on suosittu tekniikka, joka voi pidentää olemassa olevien Ethernet- ja token ring -pohjaisten lähiverkkojen käyttöikää. Kytkennän edut ovat verkkojen segmentoinnissa - jakamalla ne pienemmiksi fragmenteiksi vähentäen merkittävästi kunkin segmentin asemien määrää. Liikenteen eristäminen pienessä segmentissä johtaa jokaisen käyttäjän käytettävissä olevan kaistanleveyden moninkertaiseen laajentamiseen, ja virtuaalisten lähiverkkojen (VLAN) tuki lisää merkittävästi järjestelmän joustavuutta.
Switching tarjoaa LAN-segmentoinnin jaetun median kanssa
Verkon ylläpitäjien on ymmärrettävä LAN-vaihdon tekniset näkökohdat ja kytkimiin vaihtamisen kustannukset olemassa olevissa verkoissa. Teknologiakysymyksiä ovat muun muassa LAN-kytkimien arkkitehtuurin ymmärtäminen, MAC-tason kytkennän ja verkkotason reitityksen erot sekä ohjelmisto- ja laitteistotason toiminnan erot. Taloudellisia näkökohtia ovat muun muassa reitittimien ja kytkimien suorituskyvyn/hintasuhteen vertailu, vastineen rahalle ja verkkojen perustamis- ja ylläpitokustannusten (mukaan lukien verkonhallinta) arvioiminen.
Tekniset näkökohdat
Viime aikoihin asti LAN-verkkojen segmentointiin käytettiin siltoja, mutta tekniikan kehitys on mahdollistanut tehokkaampien ratkaisujen käytön tähän. Vain muutama vuosi sitten reitittimiä, verkkotason laitteita, käytettiin LAN-segmenttien yhdistämiseen. Reitittimet tarjoavat tehokkaan segmentoinnin, mutta ne ovat kalliita ja vaikeita hallita. Erikoistuneisiin ASIC-ohjaimiin perustuvien kytkimien tulo on tehnyt näistä laitteista paljon tehokkaamman verkon segmentointityökalun.
LAN-kytkimillä on laaja valikoima ominaisuuksia ja siksi hinnat - yhden portin hinta vaihtelee 50 - 1000 dollaria. Yksi syy niin suuriin eroihin on se, että ne on suunniteltu ratkaisemaan eri luokkien ongelmia. Huippuluokan kytkimien on tarjottava korkea suorituskyky ja porttitiheys sekä tuettava monenlaisia hallintatoimintoja. Tällaiset laitteet suorittavat usein reititystoimintoja perinteisen MAC-tason kytkennän lisäksi. Yksinkertaisissa ja halvoissa kytkimissä on yleensä vähän portteja, eivätkä ne pysty tukemaan hallintatoimintoja.
Yksi suurimmista eroista on kytkimessä käytetty arkkitehtuuri. Koska useimmat nykyaikaiset kytkimet perustuvat patentoituihin ASIC-ohjaimiin, näiden piirien suunnittelulla ja niiden integroinnilla muihin kytkinmoduuleihin (mukaan lukien I/O-puskurit) on ratkaiseva merkitys. Kytkimet, jotka toteuttavat myös verkkokerroksen toimintoja (reititys), on yleensä varustettu RISC-prosessoreilla resurssiintensiivisten reititysohjelmien suorittamista varten.
Kuva 2.1 Poikkitankokytkimen lohkokaavio
LAN-kytkimien ASIC-ohjaimet on jaettu kahteen luokkaan - suuret ASIC-ohjaimet, jotka voivat palvella useita kytkettyjä portteja (yksi ohjain laitetta kohti) ja pienet ASIC-ohjaimet, jotka palvelevat useita portteja ja yhdistetään kytkentämatriiseiksi. Skaalausongelmat ja kytkimien kehittäjien strategia runkojen ja/tai työryhmien organisoinnissa määräävät ASIC:n valinnan ja siten kytkimien markkinoille pääsyn nopeuden.
Kytkinarkkitehtuurille on 3 vaihtoehtoa - poikkipalkkikytkentä tulopuskuroinnilla, itsereititys jaetun muistin kanssa ja nopea väylä. Kuvassa on lohkokaavio kytkimestä, jonka arkkitehtuuria käytetään porttiparien vuorottelemiseen yhdistämiseen. Koska tahansa tällainen kytkin voi tarjota vain yhden yhteyden (porttiparin) järjestämisen. Kun liikenne on vähäistä, tietoja ei tarvitse tallentaa muistiin ennen niiden lähettämistä kohdeporttiin - tätä vaihtoehtoa kutsutaan lennossa tapahtuvaksi katkaisemiseksi). Ristipalkkikytkimet vaativat kuitenkin tulopuskuroinnin jokaisesta portista, koska jos käytetään ainoaa mahdollista yhteyttä, kytkin lukittuu (). Huolimatta edullisista kustannuksistaan ja suuresta markkinoille saatetusta nopeudestaan, poikkipalkkikytkimet ovat liian alkeellisia siirtämään tehokkaasti hitaan Ethernet- tai token ring -liitäntöjen ja nopeiden ATM- ja FDDI-porttien välillä.
Kuva 2.2 Ristitankokytkimen lukitseminen
Jaetuissa muistikytkimissä on yhteinen tulopuskuri kaikille porteille, jota käytetään laitteen sisäisenä taustalevynä. Tietojen puskurointi ennen sen lähettämistä (tallenna ja välitä - tallenna ja välitä) johtaa viiveeseen. Jaetun muistin kytkimet, kuten kuvassa, eivät kuitenkaan vaadi erityistä sisäistä runkoverkkoa tiedonsiirtoon porttien välillä, mikä antaa niille edullisemman hinnan verrattuna nopeaan sisäiseen väylään perustuviin kytkimiin.
Kuva 2.3 Jaetun muistin kytkinarkkitehtuuri
Kuva 2.4 Nopea väyläkytkin
Kuva 2.5 Kytkentä ja reititys OSI-mallissa
Useimmat nykyaikaiset verkkolaitteet - keskittimet, kytkimet, reitittimet - tukevat erillisiä kytkentä- ja reititystoimintoja. Verkon ylläpitäjän tulee päättää, mitä palveluja kustakin tyypistä verkossa tarvitaan ja kenen laitteet soveltuvat parhaiten tehtäviin.
LAN-kytkimien laitteistototeutukset käyttävät erikoistuneita ASIC-siruja (sisäisiä tai muiden yritysten valmistamia), jotka toteuttavat kytkentätoimintoja. Laitteistototeutus tarjoaa suuremman nopeuden kuin ohjelmistototeutus. Tämä ei kuitenkaan vielä riitä hyvän kytkimen luomiseen. ASICeja kehitettäessä tulee luoda ja testata siruille toteutettuja kytkentäohjelmia. Kun ohjain on luotu, ohjelmakoodia ei voi muuttaa, joten kytkinkoneen tehokkuus on ratkaisevassa roolissa. Halu tuoda laitteita markkinoille nopeammin määrää usein ASIC:ien toimivuustason. Ohjelmistoratkaisut käyttävät yleiskäyttöisiä prosessoreita, jotka vaativat koodin lataamisen toimiakseen. Tämän lähestymistavan etuja ovat korkeampi palvelutaso (esim. reititys), mutta lisääntynyt latenssi ohittaa nämä edut usein kokonaan.
Taloudelliset näkökohdat
Ilmeisesti tärkein syy kytkimien nopeaan käyttöönottoon on itse laitteiden halvempi hinta verrattuna perinteisiin reitittimiin sekä verkkojen organisointi- ja tukikustannusten merkittävä lasku. Koska kytkin on MAC-tason laite, se ei vaadi konfigurointia ja tarjoaa plug-and-play-ratkaisun (tämä koskee ensisijaisesti yksinkertaisia kytkimiä). Kytkimet ratkaisevat helposti kaistanleveyden laajentamisongelman ja voivat toimia verkoissa perinteisten reitittimien kanssa jakamalla verkon segmentteihin, jotka sitten yhdistetään reitittimillä. Koska verkko näyttää tasaiselta datalinkkikerroksessa, perinteisten reitittimien on suoritettava kaikki lisäreitityspalvelut. Siten työryhmien kytkimet mahdollistavat verkon tehokkaan segmentoinnin, jolloin segmenttien väliset viestintätoiminnot jätetään reitittimille.
Toinen syy kytkimien suosion nopeaan kasvuun on se, että ne on optimoitu erilaisten verkkotehtävien ratkaisemiseen (erityisesti työryhmien järjestämiseen). Koska työryhmien tarpeet liittyvät ensisijaisesti suuriin tiedonsiirtonopeuksiin ja estämättömien polkujen tarjoamiseen liikenteen siirtoon ryhmän jäsenten välillä, LAN-kytkimet sisältävät laitteiston kytkentämoottorin ytimenään. ASIC-ohjainten massatuotanto on johtanut huomattaviin hintojen alennuksiin. Nopeat lisäportit (uplink) palvelimiin, reitittimiin tai runkoverkkoihin yhdistämistä varten varmistavat, että työryhmän käyttäjät voivat vastata kaikkiin tarpeisiinsa. Joustava ja skaalautuva kaistanleveyden jako tekee LAN-kytkimistä tärkeän osan olemassa olevien verkkojen modernisointiprosessia jaettuun mediaan perustuen. Mahdollisuus helposti siirtyä verkon pisteestä toiseen tarjoaa korkean investointitehokkuuden, sillä tehtävien tai verkkorakenteen muuttuessa ei ole tarvetta ostaa uusia laitteita olemassa olevien tilalle.
Ehkä suurimmat säästöt kytkimistä tulevat tehokkaasta verkon segmentoinnista (lisätty kaistanleveys) ja hallinnan helppoudesta (plug-and-play). Toisin kuin reitittimet, LAN-kytkimet eivät käytännössä vaadi konfigurointia eivätkä vie paljon aikaa verkonvalvojilta. Kytkimeen kytkettyjen laitteiden MAC-osoitteet määritetään automaattisesti, ja nykypäivän verkoissa käytettävät monimutkaiset IP-osoitemallit pysyvät täysin läpinäkyvinä työryhmille. Kytkimen asentaminen työryhmään ei yleensä vaadi muuta kuin laitteiden kytkemistä kytkinportteihin keskittimen porttien sijaan tai kytkimen sijoittamista keskittimien ja reitittimen väliin kuvien ja reitittimen välillä.
Kuva 2.6 Keskittimeen perustuva perinteinen LAN
Kuva 2.7 LAN-kytkin keskittimen sijaan
Kuva 2.8 Kytkimien ja keskittimien jakaminen
LAN-kytkimet laajentavat kokonaiskaistanleveyttä
Jaetun media-LAN:n segmentointia voidaan havainnollistaa jakamalla suuren konferenssin osallistujat eri huoneisiin erotettuihin erikoisryhmiin. Verkon segmentointi varmistaa yhteenlasketun kaistanleveyden moninkertaisen kasvun, jolloin yhden laitteen sijaan voidaan lähettää useita laitteita kerralla. Ethernet- ja token ring-verkot ovat samankaltaisia kuin konferenssien täysistunnot, joissa kaikki kuuntelevat samaa kaiutinta. Työryhmäkokouksissa yksi henkilö kustakin ryhmästä voi puhua. Siten verkon segmentointi mahdollistaa tiedon siirtämisen useille laitteille samanaikaisesti (yksi segmenttiä kohden).
Lähiverkon vaihtoa harkittaessa on tärkeää ymmärtää liikennekuvio ja muutokset lähiverkon rakenteessa. Liikennemallit perinteisissä lähiverkoissa, joissa on kiistanalainen mediayhteys, ja verkoissa, joissa on oma kaistanleveys jokaiselle portille, ovat merkittävästi erilaisia. Kuvaa tutkiessaan järjestelmänvalvoja näkee luultavasti, että yksittäiset käyttäjät tai ryhmät tarvitsevat laajempaa kaistanleveyttä ja jotkut tehtävät ovat erittäin herkkiä viiveille.
Muutokset lähiverkon rakenteessa ja liikennemalleissa
Nyt on ilmeistä, että jaetuissa kaistaverkoissa käytetty kontradiktorinen pääsymekanismi on pääsyy perinteisten lähiverkkojen riittämättömälle suorituskyvylle. Muistakaamme, että kulloinkin vain yksi asema voi lähettää dataa jaetulle medialle - muiden on "kuunneltava". Pääsymekanismien toteutukset Ethernet- ja token ring -verkoissa ovat erilaisia, joten myös kytkimien käytön tulokset vaihtelevat.
Median käyttö Ethernet-verkoissa perustuu CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access and Collision Detection) -algoritmiin. Kun aseman on lähetettävä dataa, se tarkistaa ensin kanavan nähdäkseen, käyttääkö toinen asema sitä (kantoaallontunnistus - CS). Jos media ei ole tällä hetkellä käytössä, asema voi aloittaa lähetyksen. Jos media on varattu, asema yrittää päästä uudelleen satunnaisen ajan kuluttua. Huolimatta median esikuuntelusta, kaksi (tai useampi) asemaa voi aloittaa lähettämisen samanaikaisesti - tapahtuu konflikti tai törmäys (CD). Tässä tapauksessa molempien asemien on välittömästi lopetettava lähetys ja yritettävä toistaa se satunnaisen ajan kuluttua.
Pienissä verkoissa liikenteen purskeisuus (datapaketteja lähetetään vain satunnaisesti) varmistaa, että konfliktien todennäköisyys on melko pieni. Suuressa verkossa pakettien väliset välit lyhenevät ja törmäysten todennäköisyys kasvaa. Tämä johtaa siihen, että suurissa verkoissa on mahdollista (vaikkakin epätodennäköistä), että asema (esimerkiksi hitaalla prosessorilla) ei pääse ollenkaan lähetysvälineeseen, koska pääsyjärjestystä ei noudateta (tunnettu periaate - joka nousee ensin, saa tossut). Tällaisen verkon segmentointi lisää merkittävästi suorituskykyä.
Kuva 2.9 Esimerkki työryhmäverkosta
Asemien lukumäärä ja tehollinen kaistanleveys
Token ring -verkoissa pääsy tietovälineeseen perustuu tokenin - erityisen paketin, joka on jaettu koko renkaaseen - lähettämiseen. Tokenin vastaanottava asema voi alkaa lähettää tietojaan verkkoon. Tässä ei ole törmäyksiä, mutta asema, joka ei omista merkkiä, ei voi lähettää tietoja edes selkeässä ympäristössä. Pienissä verkoissa tokenin lähetyskierros renkaan ympäri kestää lyhyen ajan, eivätkä asemat odota kauan aloittaakseen lähettämisen. Suuressa verkossa odotusajasta voi kuitenkin tulla liian pitkä. Renkaan jakaminen useampaan pienempään renkaaseen kytkimen avulla (segmentointi) vähentää renkaassa olevien asemien määrää ja vähentää merkkien latenssia. Lisäksi token ring -kytkentä lisää verkon vastustuskykyä vaurioita vastaan.
Syy kapasiteetin puutteeseen on se, että segmentin jokainen asema kuulee kaikkien muiden asemien "puheen". Siirtyminen pisteestä pisteeseen -teknologioihin, kuten ATM:ään, on suuri askel eteenpäin. Täysin kytkettyjen, yhteyssuuntautuneiden verkkojen edut ovat ilmeisiä, mutta entä nykyiset verkkosovellukset ja -palvelut, jotka perustuvat perinteisten lähiverkkojen yleislähetyspaketteihin? Ennen kuin kaikki nämä sovellukset on kirjoitettu uudelleen point-to-point-verkkoja varten, lähetysliikenne on suuri ongelma LAN-vaihdossa.
Kuva 2.10 Ethernet-käyttäjien määrä ja tehokas kaistanleveys
Käyttäjän erilaiset kaistanleveysvaatimukset
Laajakaistasovellukset, kuten multimedia- ja asiakaspalvelintietokannat, ovat melkoinen taakka jaetulle media-LAN:lle, joka on suunniteltu yksinkertaisesti tiedostojen ja tulostimien jakamiseen. Vastakkaisten mekanismien käyttö välineen käyttämiseen ei salli graafisten sovellusten käyttäjien tarjota nopeaa suurten tietomäärien verkkosiirtoa alhaisella viiveellä. Verkon ylläpitäjät ratkaisevat usein tämän ongelman järjestämällä erilliset segmentit tällaisille käyttäjille siirtymättä nopeisiin teknologioihin, kuten FDDI:hen. Käyttäjien lukumäärän valitseminen kytkinporttia kohden tarjoaa kustannustehokkaan ratkaisun riittämättömään kaistanleveyteen ilman päivittämistä uusiin tekniikoihin.
Tiedostopalvelimia, sovelluspalvelimia ja suuren kysynnän käyttäjiä voidaan yhdistää kytkimeen Fast Ethernet-, FDDI- tai ATM-porttien kautta. Tämä polku edellyttää verkkosovittimien vaihtamista palvelimissa ja mahdollisesti kaapelointia, mutta tarjoaa joustavan ja skaalautuvan ratkaisun.
Laajakaistasovellukset eivät suinkaan ole verkonvalvojien ainoa ongelma. Latenssiherkät reaaliaikaiset tehtävät (esimerkiksi video) jaetuissa ympäristöissä, joissa on ei-deterministinen pääsymenetelmä (kuten Ethernet).
LAN-kytkentä lisää joustavuutta
LAN-kytkennän avulla voit luoda virtuaalisia verkkoja (VLAN) käyttäjäryhmistä heidän tehtäviensä perusteella, eikä heidän fyysisen sijaintinsa perusteella. VLAN-tekniikan avulla käyttäjät voivat liikkua vapaasti verkossa pysyen samalla työryhmässään.
VLAN-verkkojen helppo mukauttaminen isäntäsiirtoihin, lisäyksiin ja muihin verkon muutoksiin yhdistettynä perinteisten LAN-verkkojen saumattomaan integrointiin ATM-verkkoihin vangitsee jokaisen mielikuvituksen. Verkon uudelleensuunnittelu vastaamaan kasvavaa mobiilikäyttäjien määrää ja sääntöpohjaisen pääsyn tarvetta mahdollistaa useiden käyttäjien työskentelyn vapaasti myös poissa toimistosta. Perinteisten lähiverkkojen integroiminen ATM-pohjaiseen verkkoon edellyttää, että järjestelmänvalvojat ovat varovaisia teknologian valinnassa. Oikean valinnan avulla voit luoda tehokkaan verkon ja antaa mahdollisuuden siirtyä vaiheittain uusiin teknologioihin.
VLAN-verkkojen avulla isäntien siirtäminen, lisääminen tai poistaminen on helppoa
Monien organisaatioiden työntekijät työskentelevät erilaisten projektien parissa ja ryhmittyvät työryhmiin ratkaistakseen tiettyjä ongelmia. Kun tehtävä on suoritettu, ryhmän kokoonpano voi muuttua, ja sen valmistuttua on luotava uusi ryhmä. Työryhmien järjestäminen tietokoneiden fyysisen sijainnin perusteella (kuten jaetuissa mediaverkoissa) aiheuttaa usein ratkaisemattomia ongelmia. Sinun on siirrettävä käyttäjien työasemia tai siirrettävä suuria määriä tietoa ylikuormitettujen reitittimien kautta. Lisäksi reitittimien asennuksen monimutkaisuus tekee lähes mahdottomaksi luoda tilapäisiä työryhmiä toisistaan etäällä olevien työntekijöiden joukosta. VLAN-verkkojen avulla voit ryhmitellä käyttäjiä kiinnittämättä huomiota heidän fyysiseen sijaintiinsa verkossa - voit luoda työryhmän työntekijöistä, jotka sijaitsevat eri rakennuksissa tai jopa eri kaupungeissa.
Mahdollisuus järjestää VLAN WAN-kanavien avulla edellyttää LAN- ja ATM-kytkimien integrointia. Tässä on esimerkki ATM:n käyttämisestä loogisen yhteyden järjestämiseen LAN-etäkytkimien porttien välillä. Tällä tavalla voit luoda lähetysalueita (virtuaalisia lähiverkkoja) asemista, jotka sijaitsevat huomattavan etäisyyden päässä
Kuva 2.11 ATM-kytkimien loogiset yhteydet WAN-kanavien yli
Virtuaaliset lähiverkot tarjoavat lukuisia etuja. Otetaan esimerkki organisaatiosta, jossa on paljon kenttätyöntekijöitä. Kun tällainen työntekijä muuttaa toiseen paikkaan, hänen verkko-osoitteensa muuttuu ja reititystaulukko on päivitettävä kokonaan. Tällaisen muuton jälkeen käyttäjän on myös tehtävä kokoonpanomuutoksia saadakseen normaalin palvelun. Kytkinpohjaiset virtuaaliset lähiverkot, joissa on reititysominaisuudet, yksinkertaistavat huomattavasti käyttäjien liikkumista. On mahdollista varmistaa, että työympäristö säilyy täysin käyttäjän sijainnista riippumatta ().
Kuva 2.12 Virtuaaliverkon rakentaminen
Sen lisäksi, että VLAN-tekniikka mahdollistaa hajautettujen työryhmien järjestämisen, voit luoda tällaisia ryhmiä useiden verkonvalvojan asettamien kriteerien (sääntöjen) perusteella. Siten pääsyyn, turvallisuuteen ja palvelujen maksulaskujen ylläpitoon liittyvät ongelmat voidaan ratkaista automaattisesti asettamalla sopivat VLAN-organisaatiosäännöt. Sääntöihin perustuvat virtuaaliverkot tarjoavat suurimman joustavuuden säilyttäen samalla vahvan verkon suojauksen. Vedä ja pudota VLAN-hallinnan avulla on helppo määrittää käyttöoikeudet ja luoda ja muuttaa loogisia työryhmiä.
Kuva 2.13 Virtuaaliverkon rakentaminen
LAN-kytkentä mahdollistaa perinteisten työryhmien integroinnin ATM-verkkoihin
Ehkä yksi LAN-vaihdon tärkeimmistä eduista on kyky vastata käyttäjien erilaisiin tarpeisiin kaistanleveyden ja palvelutyypin suhteen. Kuten aiemmin osoitimme, MAC-tasolla toimivan LAN-kytkimen asentaminen ei vaadi muutoksia verkossa jo olevien työasemien tai reitittimien tasolla. Koska järjestelmänvalvoja pystyy hallitsemaan kunkin kytkinportin asemien määrää, hän voi tarjota kullekin käyttäjälle tai sovellukselle vaaditun kaistanleveyden ja latenssin. Nopeat runkoverkkomoduulit (uplink) tarjoavat hyvän skaalauksen, koska ne voivat muodostaa yhteyden nopeisiin palvelimiin ja runkoverkkoihin. Koska kytkimien asennus vaatii vähän tai ei ollenkaan konfigurointia, kytkimien lisääminen verkon kasvaessa on yksinkertaista ja edullista.
Lopuksi, asteittaisen päivityksen mahdollisuus antaa meille mahdollisuuden arvioida tarvetta käyttää uusia teknologioita (kuten ATM) olemassa olevien verkkojen ominaisuuksien laajentamiseen. Täysin ATM-pohjaisten verkkojen toteuttaminen vaatii huomattavaa pääomaa, ja kyky hyödyntää tätä teknologiaa ylläpitäen olemassa olevia Ethernet- ja token ring-verkkoja on erittäin tärkeää.
Tämän asiakirjan sisältämät tekniset tiedot voivat muuttua ilman erillistä ilmoitusta.
© 1997 Xylan Corporation.
