Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet

Сети и системы телекоммуникаций

Коммутируемый Ethernet

ИМКН УрФУ

2

Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet

Классический и коммутируемый Ethernet

Концентратор и коммутатор

Основы коммутации

Скоростные версии Ethernet

План

3


Классический Ethernet• Исторически появился первый• Разделяемая среда• Метод CSMA/CD

Коммутируемый Ethernet• Новая усовершенствованная технология• Нет разделяемой среды• Нет коллизий

Типы Ethernet

4


Плохая масштабируемость:• Сеть становится неработоспособной при

загрузке общей среды больше, чем на 30%• Работоспособное количество компьютеров - 30

При увеличении скорости передачи уменьшается длина сети:

• Сокращается время оборота

Разное время доставки кадра:• Причина – коллизии• Плохо для трафика реального времени

Низкая безопасность:• Данные в разделяемой среде доступны всем

Недостатки классического Ethernet

5


Сохранение метода CSMA/CD• Увеличение скорости• Добавление коммутируемого Ethernet• Результат: FastEthernet (IEEE 802.3u)

Усовершенствование метода доступа к разделяемой среде:

• Приоритетный доступ по требованию• Разработчики: HP и AT&T• Результат: 100VG-AnyLAN (IEEE 802.12)• Не используется на практике

Пути развития Ethernet

6


Причина проблем классического Ethernet – разделяемая среда передачи данных

Решение проблемы:• Избавляемся от разделяемой среды • Используем соединения точка-точка

Для этого применяются специальные устройства – коммутаторы (switch)

Коммутация

7


Концентратор (hub)

Топология – общая шина

Физический уровень


Коммутатор (switch)

Полносвязная топология

Канальный уровень

8


Концентратор работает на физическом уровне• Выполняет электрическое соединение• Не вникает в содержание кадров

Коммутатор работает на канальном уровне:• Анализирует содержимое кадров• Извлекает адрес получателя• Передает кадр только одному получателю


9


Мост – устройство для объединения нескольких сетей

• Предшественник коммутатора

• Алгоритм прозрачного моста

Прозрачный мост:• Не заметен для сетевых

устройств• Не требует настройки

Сетевой мост

10


Коммутатор:• Мост с большим количеством портов• Алгоритм работы как у моста

Порты коммутатора не имеют своих MAC-адресов• Коммутатор принимает все кадры, поступающие

на порт• Маршрутизаторы такие адреса имеют

Коммутатор знает, какие MAC-адреса к какому порту подключены

Алгоритм прозрачного моста

11


Содержит данные о доступности MAC-адресов через порты коммутатора

В реальности таблица устроена более сложно

Таблица коммутации

Порт коммутатора MAC-адрес

1 1C-75-08-D2-49-45

2 00-02-B3-A7-49-D1

3 00-04-AC-85-E7-03

12


Типы записей в таблице коммутации:• Статические – создаются вручную

администраторами• Динамические – создаются автоматически

Алгоритм обратного обучения (backward learning):• Коммутатор принимает все кадры, поступающие

на порт• По адресу отправителя в кадре коммутатор

узнает, какие компьютеры подключены к порту

Таблица коммутации

13


Алгоритм обратного обучения

Порт MAC-адрес

1 ???

2 ???

3 ???

…

Таблица коммутацииКоммутатор

14




1 ???

2 ???

3 ???

…


Кадр

15




1 ???

2 ???

3 ???

…


Кадр

Адрес получателя Адрес отправителя00-02-B3-87-A0-E6

Тип0800

ДанныеАдрес получателя54-BE-F7-88-15-47

16




1 ???

2 ???

3 ???

…


Кадр

Адрес получателя54-BE-F7-88-15-47

Адрес отправителя00-02-B3-87-A0-E6

Тип0800

Данные

17




1 ???

2 ???

3 00-02-B3-87-A0-E6

…


Кадр


Адрес отправителя00-02-B3-87-A0-E6

Тип0800

Данные

18




1 1C-75-08-D2-49-45

2 00-02-B3-A7-49-D1

3 00-04-AC-85-E7-03

…


19




1 1C-75-08-D2-49-45

2 00-02-B3-A7-49-D1

3 00-04-AC-85-E7-03

…


Кадр

20




1 1C-75-08-D2-49-45

2 00-02-B3-A7-49-D1

3 00-04-AC-85-E7-03

…


Кадр

Адрес получателя00-02-B3-A7-49-D1

21




1 1C-75-08-D2-49-45

2 00-02-B3-A7-49-D1

3 00-04-AC-85-E7-03

…


Кадр

Адрес получателя00-02-B3-A7-49-D1

22




1 1C-75-08-D2-49-45

2 00-02-B3-A7-49-D1

3 00-04-AC-85-E7-03

…


Кадр

23




1 1C-75-08-D2-49-45

2 00-02-B3-A7-49-D1

3 00-04-AC-85-E7-03

…


Кадр

24




1 1C-75-08-D2-49-45

2 00-02-B3-A7-49-D1

3 00-04-AC-85-E7-03

…


Кадр


25




1 1C-75-08-D2-49-45

2 00-02-B3-A7-49-D1

3 00-04-AC-85-E7-03

…


Кадр Кадр

26


Коммутатор получает кадр на порт с номером N и читает MAC-адрес получателя

Коммутатор проверяет, есть ли MAC-адрес в таблице коммутации

Если адрес есть, то коммутатор пересылает кадр на тот порт, через который доступен данный адрес

Если адреса нет, то коммутатор передает кадр на все порты, кроме N


27


Бывают ли коллизии в коммутаторах?

Коммутатор и коллизии

28


Бывают ли коллизии в коммутаторах?

К каждому порту коммутатора подключен только один компьютер/коммутатор:

• Полный дуплекс – коллизии не возникают• Полудуплекс – коллизия может возникнуть, если

компьютер и коммутатор одновременно решат передавать данные

К порту коммутатора подключен концентратор:• Общая среда передачи, подключенная к порту

коммутатора• Коллизии возникают, как в классическом Ethernet

Коммутатор и коллизии

29


Сквозная (напролет, в реальном времени, on the fly)

C промежуточной буферизацией (с запоминанием, store-and-forward)

Параллельная коммутация

Типы коммутации

30


Коммутатор начинает принимать кадр на одном из портов

Сквозная коммутация

Коммутатор

Кадр

31



Приняв первые 6 байт кадра, коммутатор определяет адрес получателя



Кадр

32



Приняв первые 6 байт кадра, коммутатор определяет адрес получателя

Если порт получателя свободен, коммутатор сразу начинает передавать данные получателю



Кадр

33


Если порт получателя занят, коммутатор записывает кадр во внутренний буфер

Коммутация с буферизацией


Кадр

34





Кадр

35



После того, как порт получателя освободится, кадр пересылается из буфера



Буфер

36






Буфер

37






38


Коммутация на лету:• Высокая скорость• Невозможно выполнить, если порт получателя

занят

Коммутация с буферизацией:• Работает даже если порт получателя занят• Выполняется медленнее, чем коммутация на

лету• Буфер может переполнится и кадры будут

отбрасываться

Коммутация с буферизацией и на лету

39



1

2

3

4

5

6

7

8

40


Коммутатор может передавать данные на разные порты параллельно, предоставляя каждому компьютеру выделенную пропускную способность канала

Существенно повышает производительность работы сети

Пример на предыдущем слайде:• Сеть FastEthernet 100 Мб/с• 4 параллельных потока кадров, 400 Мб/с

суммарно• Концентратор обеспечил бы только 100 Мб/с с

коллизиями


41


Неблокирующий коммутатор передает данные через порты с той же скоростью, с которой они поступают

Средний входной поток кадров равен среднему выходному потоку кадров

• В противном случае кадры заполняют буфер и отбрасываются

Если большинство портов отправляют данные на один, даже неблокирующий коммутатор будет отбрасывать кадры

• Магистральные порты• Управление потоком

Неблокирующая коммутация

42


Магистральные порты

1

2

3

4

5

6

7

8

Интернет100 Мб/с

100

100

100

100

100

100

1 Гб/с

43


Fast Ethernet – 100 Мб/с, 802.3u

Gigabit Ethernet – 1 Гб/с, 802.3z, 802.3ab

10G Ethernet – 10 Гб/с, 802.3ae, 802.3an

Экспериментальные версии – 40 и 100 Гб/с


44


Изменения в физическом уровне для достижения более высокой скорости передачи:

• Избыточное кодирование 8B/10B, 64B/66B и др.• Потенциальное кодирование MLT-3, PAM-5, PAM-

16 и др.• Использование DSP (Digital Signal Processor) для

дуплексной передачи данных по витой паре

Один и тот же механизм доступа к среде:• CSMA/CD• В 10G Ethernet только коммутируемый режим

работы

Один и тот же формат кадра LLC


45


Режимы работы устройств Ethernet:• Скорость: 10 Мб/с, 100 Мб/с, 1Гб/с или 10Гб/с• Дуплексный или полудуплексный режим

Переговоры начинаются при подключении устройства

Устройство предлагает режим в соответствии с приоритетом

• 10Гб/с дуплекс – высший, 10Мб/с полудуплекс – низший

Если другое устройство поддерживает данный режим, оно отвечает подтверждением

В противном случае выбирается более медленный режим

Схема автопереговоров

46


В настоящее время Ethernet является единственной популярной технологией проводных локальных сетей

Альтернативные технологии (FDDI, Token Ring, 100VG-AnyLAN) не выдержали конкуренцию c Ethernet:

Причины успеха Ethernet:• Простое и дешевое оборудование• Постоянное увеличение скорости• Обратная совместимость

Конкуренты Ethernet

47


Классический и коммутируемый Ethernet


Основы коммутации


Итоги

48

Сети и системы телекоммуникаций. Технология Ethernet

Вопросы?

Education

Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet