Реферат: Локальные сети на основе коммутаторов

Так как агент RMON, реализующий все 9 групп объектов Ethernet, стоит весьма дорого, то производители для снижения стоимости коммутатора часто реализуют только первые несколько групп объектов RMON MIB.

Управление виртуальными сетями

Виртуальные сети порождают проблемы для традиционных систем управления на SNMP-платформе как при их создании, так и при наблюдении за их работой.

Как правило, для создания виртуальных сетей требуется специальное программное обеспечение компании-производителя, которое работает на платформе системы управления, такой как, например, HP Open View. Сами платформы систем управления этот процесс поддержать не могут, в основном из-за отсутствия стандарта на виртуальные сети. Можно надеяться, что появление стандарта 802.1Q изменит ситуацию в этой области.

Наблюдение за работой виртуальных сетей также создает проблемы для традиционных систем управления. При создании карты сети, включающей виртуальные сети, необходимо отображать как физическую структуру сети, так и ее логическую структуру, соответствующую связям отдельных узлов виртуальной сети. При этом по желанию администратора система управления должна уметь отображать соответствие логических и физических связей в сети, то есть на одном физическом канале должны отображаться все или отдельные пути виртуальных сетей.

К сожалению, многие системы управления либо вообще не отображают виртуальные сети, либо делают это очень неудобным для пользователя способом.

Типовые схемы применения коммутаторов в локальных сетях

Коммутатор или концентратор?

При построении небольших сетей, составляющих нижний уровень иерархии корпоративной сети, вопрос о применении того или иного коммуникационного устройства сводится к вопросу о выборе между концентратором или коммутатором.

При ответе на этот вопрос нужно принимать во внимание несколько факторов. Безусловно, немаловажное значение имеет стоимость за порт, которую нужно заплатить при выборе устройства. Из технических соображений в первую очередь нужно принять во внимание существующее распределение трафика между узлами сети. Кроме того, нужно учитывать перспективы развития сети: будут ли в скором времени применяться мультимедийные приложения, будет ли модернизироваться компьютерная база. Если да, то нужно уже сегодня обеспечить резервы по пропускной способности применяемого коммуникационного оборудования. Использование технологии intranet также ведет к увеличению объемов трафика, циркулирующего в сети, и это также необходимо учитывать при выборе устройства.

При выборе типа устройства - концентратор или коммутатор - нужно еще определить и тип протокола, который будут поддерживать его порты (или протоколов, если идет речь о коммутаторе, так как каждый порт может поддерживать отдельный протокол).

Сегодня выбор делается между протоколами двух скоростей - 10 Мб/с и 100 Мб/с. Поэтому, сравнивая применимость концентратора или коммутатора, необходимо рассмотреть вариант концентратора с портами на 10 Мб/с, вариант концентратора с портами на 100 Мб/c, и несколько вариантов коммутаторов с различными комбинациями скоростей на его портах.

Техника применения матрицы перекрестного трафика для анализа эффективности применения коммутатора уже была рассмотрена в разделе 4.2.2. Пользуясь ею, можно оценить, сможет ли коммутатор с известными пропускными способностями портов и общей производительностью поддержать трафик в сети, заданный в виде матрицы средних интенсивностей трафика.

Рассмотрим теперь эту технику для ответа на вопрос о применимости коммутатора в сети с одним сервером и несколькими рабочими станциями, взаимодействующими только с сервером (рисунок 6.1). Такая конфигурация сети часто встречается в сетях масштаба рабочей группы, особенно в сетях NetWare, где стандартные клиентские оболочки не могут взаимодействовать друг с другом.

Матрица перекрестного трафика для такой сети имеет вырожденный вид. Если сервер подключен, например, к порту 4, то только 4-я строка матрицы и 4-ый столбец матрицы будут иметь отличные от нуля значения. Эти значения соответствуют выходящему и входящему трафику порта, к которому подключен сервер. Поэтому условия применимости коммутатора для данной сети сводятся к возможности передачи всего трафика сети портом коммутатора, к которому подключен сервер.

Если коммутатор имеет все порты с одинаковой пропускной способностью, например, 10 Мб/c, то в этом случае пропускная способность порта в 10 Мб/c будет распределяться между всеми компьютерами сети. Возможности коммутатора по повышению общей пропускной способности сети оказываются для такой конфигурации невостребованными. Несмотря на микросегментацию сети, ее пропускная способность ограничивается пропускной способностью протокола одного порта, как и в случае применения концентратора с портами 10 Мб/с. Небольшой выигрыш при использовании коммутатора будет достигаться лишь за счет уменьшения количества коллизий - вместо коллизий кадры будут просто попадать в очередь к передатчику порта коммутатора, к которому подключен сервер.

Рис. 6.1. Сеть с выделенным сервером

Для того, чтобы коммутатор работал в сетях с выделенным сервером более эффективно, производители коммутаторов выпускают модели с одним высокоскоростным портом на 100 Мб/с для подключения сервера и несколькими низкоскоростными портами на 10 Мб/с для подключения рабочих станций. В этом случае между рабочими станциями распределяется уже 100 Мб/c, что позволяет обслуживать в неблокирующем режиме 10 - 30 станций, в зависимости от интенсивности создаваемого ими трафика.

Однако с таким коммутатором может конкурировать концентратор, поддерживающий протокол с пропускной способностью 100 Мб/с, например, Fast Ethernet. Стоимость его за порт будет несколько ниже стоимости за порт коммутатора с одним высокоскоростным портом, а производительность сети примерно та же.

Очевидно, что выбор коммуникационного устройства для сети с выделенным сервером достаточно сложен. Для принятия окончательного решения нужно принимать во внимание перспективы развития сети в отношении движения к сбалансированному трафику. Если в сети вскоре может появиться взаимодействие между рабочими станциями, или же второй сервер, то выбор необходимо делать в пользу коммутатора, который сможет поддержать дополнительный трафик без ущерба по отношению к основному.

В пользу коммутатора может сыграть и фактор расстояний - применение коммутаторов не ограничивает максимальный диаметр сети величинами в 2500 м или 210 м, которые определяют размеры домена коллизий при использовании концентраторов Ethernet и Fast Ethernet.

Коммутатор или маршрутизатор?

При построении верхних, магистральных уровней иерархии корпоративной сети проблема выбора формулируется по-другому - коммутатор или маршрутизатор?

Коммутатор выполняет передачу трафика между узлами сети быстрее и дешевле, зато маршрутизатор более интеллектуально отфильтровывает трафик при соединении сетей, не пропуская ненужные или плохие пакеты, а также надежно защищая сети от широковещательных штормов.

В связи с тем, что коммутаторы корпоративного уровня могут поддерживать некоторые функции сетевого уровня, выбор все чаще делается в пользу коммутатора. При этом маршрутизатор также используется, но он часто остается в локальной сети в единственном экземпляре. Этот маршрутизатор обычно служит и для связи локальной сети с глобальными, и для объединения виртуальных сетей, построенных с помощью коммутаторов.

В центре же сетей зданий и этажей все чаще используются коммутаторы, так как только при их использовании возможно осуществить передачу нескольких гигабит информации в секунду за приемлемую цену (рисунок 1.2).

Стянутая в точку магистраль на коммутаторе

При всем разнообразии структурных схем сетей, построенных на коммутаторах, все они используют две базовые структуры - стянутую в точку магистраль и распределенную магистраль. На основе этих базовых структур затем строятся разнообразные структуры конкретных сетей.

Стянутая в точку магистраль (collapsed backbone) - это структура, при которой объединение узлов, сегментов или сетей происходит на внутренней магистрали коммутатора. Пример сети рабочей группы, использующей такую структуру, приведен на рисунке 6.2.

Рис. 6.2. Структура сети со стянутой в точку магистралью

Преимуществом такой структуры является высокая производительность магистрали. Так как для коммутатора производительность внутренней шины или схемы общей памяти, объединяющей модули портов, в несколько Гб/c не является редкостью, то магистраль сети может быть весьма быстродействующей, причем ее скорость не зависит от применяемых в сети протоколов и может быть повышена с помощью замены одной модели коммутатора на другую.

Положительной чертой такой схемы является не только высокая скорость магистрали, но и ее протокольная независимость. На внутренней магистрали коммутатора в независимом формате одновременно могут передаваться данные различных протоколов, например, Ethernet, FDDI и Fast Ethernet, как это изображено на рисунке. Подключение нового узла с новым протоколом часто требует не замены коммутатора, а просто добавления соответствующего интерфейсного модуля, поддерживающего этот протокол.

Если к каждому порту коммутатора в такой схеме подключен только один узел, то такая схема будет соответствовать микросегментированной сети.

Распределенная магистраль на коммутаторах

В сетях больших зданий или кампусов использование структуры с коллапсированной магистралью не всегда рационально или же возможно. Такая структура приводит к протяженным кабельным системам, которые связывают конечные узлы или коммутаторы сетей рабочих групп с центральным коммутатором, шина которого и является магистралью сети. Высокая плотность кабелей и их высокая стоимость ограничивают применение стянутой в точку магистрали в таких сетях. Иногда, особенно в сетях кампусов, просто невозможно стянуть все кабели в одно помещение из-за ограничений на длину связей, накладываемых технологией (например, все реализации технологий локальных сетей на витой паре ограничивают протяженность кабелей в 100 м).

Поэтому в локальных сетях, покрывающих большие территории, часто используется другой вариант построения сети - с распределенной магистралью. Пример такой сети приведен на рисунке 6.3.

Распределенная магистраль - это разделяемый сегмент сети, поддерживающий определенный протокол, к которому присоединяются коммутаторы сетей рабочих групп и отделов. На примере распределенная магистраль построена на основе двойного кольца FDDI, к которому подключены коммутаторы этажей. Коммутаторы этажей имеют большое количество портов Ethernet, трафик которых транслируется в трафик протокола FDDI, когда он передается по магистрали с этажа на этаж.

Рис. 6.3. Структура сети с распределенной магистралью

Распределенная магистраль упрощает связи между этажами, сокращает стоимость кабельной системы и преодолевает ограничения на расстояния.

Однако, скорость магистрали в этом случае будет существенно меньше скорости магистрали на внутренней шине коммутатора. Причем скорость эта фиксированная и не превышает в настоящее время 100 Мб/c. Поэтому распределенная магистраль может применяться только при невысокой интенсивности трафика между этажами или зданиями.

Пример рисунка 6.3 демонстрирует сочетание использования двух базовых структур, так как на каждом этаже сеть построена с использованием магистрали на внутренней шине коммутатора.

Обзор моделей коммутаторов

Рынок коммутаторов сегодня очень обширен, поэтому в этом кратком обзоре остановимся только на некоторых популярных моделях коммутаторов различного класса. Обычно коммутаторы делят в первую очередь на классы в соответствии с их областями применения - настольные коммутаторы, коммутаторы рабочих групп, коммутаторы отделов и магистральные (корпоративные коммутаторы). У каждого класса коммутаторов есть свои отличительные признаки.

Настольные коммутаторы

• Фиксированное количество портов;
• Все порты работают на одной скорости;
• Используются для организации одноранговых связей высокоскоростных рабочих станций;
• Режим коммутации - "на лету";
• Чаще всего не содержат модуля SNMP-управления, а также не поддерживают алгоритм Spanning Tree.

Пример: 3Com LinkSwitch 500.

Коммутаторы рабочих групп

• Имеют по крайней мере 1 высокоскоростной порт (FDDI, Fast Ethernet, ATM);
• Транслируют протоколы;
• Как правило, управляемы по SNMP, поддерживают алгоритм Spanning Tree;
• Режим коммутации - с буферизацией.

Примеры: семейство 3Com LinkSwitch (кроме модели 500), SMC TigerSwitch XE, Bay Networks Ethernet Workgroup Switch.

Коммутаторы отделов и центров обработки данных

• Модульное исполнение;
• Поддержка нескольких протоколов;
• Встроенные средства обеспечения отказоустойчивости:
• избыточные источники питания;
• модули hot-swap.
• Пользовательские фильтры;
• Поддержка виртуальных сегментов;

Примеры: 3Com LANplex 2500, SMC ES/1, Bay Networks LattisSwitch System 28115.

Коммутаторы магистралей зданий/кампусов

• Те же свойства, что и у коммутаторов отделов;
• Шасси с большим количеством слотов (10 - 14);
• Внутренняя пропускная способность 1 - 10 Гб/с;
• Поддержка 1 - 2 протоколов маршрутизации (локальные интерфейсы) для образования виртуальных сетей.

Примеры: 3Com LANplex 6000, Cabletron MMAC Plus, LANNET LET-36, Cisco Catalist 5000, Bay Networks System 5000.

Коммутаторы Catalyst компании Cisco Systems

Коммутатор Catalyst 5000 представляет собой старшую модель семейства Catalyst. Это модульная, многоуровневая платформа коммутации, которая обеспечивает высокий уровень производительности, предоставляя возможность как для создания выделенных соединений в сети Ethernet со скоростями 10 и 100 Mб/с, так и для организации взаимодействия с сетями FDDI и АТМ.

Шасси Catalyst 5000 имеет 5 разъемов. В один разъем устанавливается модуль управления Supervisor Engine, который управляет доступом к коммутируемой матрице, имеющей возможность коммутации более 1 млн. пакетов в секунду. Модуль поддерживает функции локального и удаленного управления и имеет два порта Fast Ethernet, которые могут использоваться для соединения серверов сети или каскадирования устройств Catalyst 5000. Остальные разъемы могут использоваться для установки следующих модулей:

• 24 порта 10Base-T;
• 12 портов 10Base-FL;
• 12 портов 100Base -TX;
• 12 портов 100Base-FX;
• 1 порт DAS CDDI/FDDI (не более 3-х модулей в шасси);
• 1 порт 155 Мб/с АТМ (не более 3-х модулей в шасси).

Одно устройство Catalyst 5000 может поддерживать до 96 коммутируемых портов Ethernet и до 50 коммутируемых портов Fast Ethernet.

Поддерживается формирование виртуальных сетей как в пределах одного устройства Catalyst 5000, так и для нескольких устройств на основе группирования портов. Можно создать до 1000 виртуальных сетей для нескольких устройств Catalyst 5000, соединенных интерфейсами Fast Ethernet, CDDI/FDDI или ATM. Любой интерфейс Fast Ethernet может быть сконфигурирован как интерфейс InterSwitch Link (ISL) для поддержки нескольких виртуальных сетей. Интерфейс ISL - частное решение компании Cisco для передачи информации между коммутаторами о виртуальных сетях.

Все виртуальные сети поддерживают протокол IEEE 802.1d Spanning Tree для обеспечения отказоустойчивых соединений. При использовании интерфейса АТМ для соединения коммутаторов поддержка виртуальных сетей осуществляется на основе спецификации LANE через виртуальные соединения. Интерфейс FDDI поддерживает виртуальные сети с помощью спецификации 802.10.

Отличительной особенностью коммутаторов Catalyst является выполнение коммутации на 3 уровне модели OSI, что позволяет объединять виртуальные сети внутри устройства (для этого требуется дополнительное программное обеспечение).

Модуль управления коммутацией поддерживает три уровня очередей кадров с различными приоритетами, причем приоритеты назначаются для каждого порта отдельно. Это позволяет эффективно обслуживать мультимедийный трафик.

Большой буфер (по 192 Кбайта на порт) обеспечивает сохранение и передачу информации при пиковых нагрузках.

Система Catalyst 3000 представляет собой оригинальную реализацию стековой архитектуры для коммутаторов. Эта архитектура поддерживается устройствами двух типов:

• Коммутатор Catalyst 3000 c 16 портами 10Base-T, одним портом AUI и двумя слотами расширения. Модули расширения могут иметь либо 1 порт 100Base-TX, либо 3 порта 10Base-FL, либо 4 порта 10Base-T, либо 1 порт ATM. Порт мониторинга осуществляет зекрализацию любого порта данных на внешний порт.
• Catalyst Matrix - 8-ми портовая матрица коммутация, с помощью которой можно объединить в стек до 8 коммутаторов Catalyst 3000 для создания единого коммутирующего центра.

Коммутаторы Catalyst 3000 подключаются к Catalyst Matrix через специальные 280 Мб/с порты. Производительность шины Catalyst Matryx составляет 3.84 Гб/с.

Коммутатор работает под управлением IOS и использует два алгоритма коммутации - cut-throw и store-and-forward.

Стек Catalyst 3000 поддерживает до 64 виртуальных сетей и позволяет фильтровать трафик по адресу источника и адресу назначения. Максимальное число MAC-адресов - до 10К на устройство.

Поддерживается алгоритм Spanning Tree и SNMP-управление.

Коммутатор EliteSwitch ES/1 компании SMC

Корпорация SMC (сейчас ее подразделение коммутаторов является частью компании Cabletron) разработала коммутатор EliteSwitch ES/1 как эффективный инструмент для создания внутренней магистрали сети средних размеров. Коммутатор ES/1 сочетает в себе функции высокопроизводительного коммутатора технологий Ethernet/Token Ring/FDDI и локального маршрутизатора, позволяющего создавать виртуальные сети IP и IPX на основе виртуальных коммутируемых рабочих групп. Таким образом, в одном устройстве объединены функции switching и internetworking, необходимые для построения на базе внутренней скоростной шины структурированной локальной сети. Коммутатор поддерживает и глобальные связи с топологией "точка-точка" по линиям T1/E1, позволяя связывать несколько локальных сетей, построенных на его основе, друг с другом.

Рис. 7.1. Структура коммутатора ES/1

Коммутатор ES/1 работает по технологии коммутации с буферизацией, что позволяет ему транслировать протоколы канального уровня, осуществлять пользовательскую фильтрацию, сбор статистики и локальную маршрутизацию.

Организация коммутатора ES/1

Модульный концентратор ES/1 компании SMC (рисунок 7.1) представляет собой устройство в виде корпуса-шасси с задней коммуникационной платой, на которой выполнена внутренняя шина с производительностью 800 Мб/с. Блок обработки пакетов (Packet Processing Engine) включает в себя два процессорных модуля, оснащенных высокопроизводительными RISC-процессорами AMD 29000. Один из процессоров предназначен для передачи пакетов (то есть выполняет функции коммутации), а другой осуществляет администрирование - фильтрацию на портах концентратора в соответствии с масками, введенными администратором, и управляет всей логикой работы концентратора. Оба процессора имеют доступ к общей памяти объемом 4 МБ.

Как уже отмечалось, модуль обработки пакетов коммутатора ES/1 построен на сдвоенной процессорной архитектуре, причем каждый из процессоров отвечает за свои функции. Однако в случае отказа одного из них второй процессор возьмет на себя все функции первого. При этом коммутатор в целом продолжит нормальную работу, может только несколько снизиться его производительность.

Адресная таблица концентратора позволяет сохранять до 8192 МАС-адресов.

Программное обеспечение, управляющее работой концентратора ES/1, дублируется в двух банках Flash-памяти. Во-первых, это позволяет производить upgrade новых версий программного обеспечения без прекращения выполнения концентратором своих основных функций по коммутации пакетов, а во-вторых, сбой при загрузке нового ПО из банка Flash-памяти не приведет к отказу концентратора, поскольку ПО из первого банка памяти останется в рабочем состоянии, и концентратор автоматически перезагрузит его.

В слоты концентратора вставляются сетевые коммуникационные модули, при этом реализована технология автоматической самоконфигурации plug-and-play. Каждый модуль оснащен собственным RISC-процессором, который преобразует приходящие пакеты в протокольно-независимый вид (это означает, что сохраняются только блок данных, адреса приемника и источника, а также информация о сетевом протоколе) и передает их далее по внутренней шине в блок обработки пакетов.

Отказоустойчивость работы модулей обеспечивается наличием в каждом из них специального сенсора, посылающего предупреждение на консоль оператора при приближении температуры к критической отметке. Это может произойти, например, по причине запыления воздушных фильтров. Если температура продолжает повышаться и превышает второе пороговое значение, модуль автоматически отключается от питания для предотвращения выхода из строя элементной базы. При снижении температуры модуль автоматически продолжит работу.

Важной особенностью концентратора ES/1 является встроенная система защиты от "штормов" широковещательных пакетов (broadcast storm). Программное обеспечение концентратора ES/1 позволяет установить предельную частоту прихода таких пакетов на каждый порт концентратора, в случае превышения которой широковещательные пакеты перестают передаваться в другие сегменты сети, что сохраняет их работоспособность.

Фильтрация и виртуальные рабочие группы

С помощью механизма маскирования портов администратор может создавать виртуальные рабочие группы с целью защиты от несанкционированного доступа и повышения производительности ЛВС путем перераспределения информационных потоков. Фильтрацию можно включать на входящие и/или выходящие пакеты, по MAC-адресу или по всему сегменту и так далее. Всего маска может содержать до 20-ти условий, объединенных булевыми операндами "AND" и "OR". Понятно, что каждый пакет, приходящий на порт коммутатора, должен быть дополнительно проверен на соответствие условиям фильтрации, что требует дополнительных вычислительных ресурсов и может привести к снижению производительности. То, что в ES/1 один из двух процессоров выделен для проверки условий фильтрации, обеспечивает сохранение высокой производительности коммутатора при введенных администратором масках.

Наряду с отказами оборудования, ошибки обслуживающего персонала могут нарушить корректную работу ЛВС. Поэтому особо отметим еще один интересный режим виртуальной фильтрации коммутатора ES/1. В этом режиме фильтрация физически не включается, однако ведется набор статистики пакетов, удовлетворяющих условиям фильтрации. Это дает возможность администратору ЛВС заранее прогнозировать свои действия перед физическим включением фильтров.

Коммуникационные модули концентратора ES/1

ES/1 поддерживает до пяти модулей. Можно выбрать любую комбинацию модулей для Ethernet, Token Ring и FDDI, а также для высокоскоростных линий T1/E1 и T3/E3. Все модули, включая источники питания, могут заменяться без отключения от сети и выключения питания центрального устройства. Каждый модуль поддерживает набор конфигурируемых параметров для улучшения управляемости и собирает статистику.

QEIOM (Quad Ethernet I/O Module)

К этому модулю можно подключить до четырех независимых сегментов Ethernet. Каждый сегмент может передавать и получать информацию с обычной для Ethernet производительностью 14880 пакетов в секунду. ES/1 обеспечивает связь между этими четырьмя сегментами по типу мостов и маршрутизаторов, а также и со всей остальной сетью. Эти модули поставляются с различными типами разъемов: AUI, BNC, RJ-45 (витая пара) и ST (оптоволоконный кабель).

QTIOM (Token Ring I/O Module)

Через модуль QTIOM подключается до четырех 4 или 16 Mб/c сетей Token Ring. Модуль поддерживает все основные протоколы сети Token Ring - IBM Source Routing, Transparent Bridging и Source Routing Transparent - и обеспечивает "прозрачное" взаимодействие сетей Token Ring с сетями остальных типов, например Ethernet или FDDI. Модуль поставляется в вариантах для экранированной и неэкранированной витой пары.

IFIOM (Intelligent Dual-Attached FDDI I/O Module)

Модуль IFIOM подключает волоконно-оптический сегмент сети FDDI к ES/1 и обеспечивает прозрачное взаимодействие между разными типами сетей. Он поддерживает все функции FDDI-станции с двойным подключением к кольцу (Dual Attached Station). Этот модуль также поддерживает внешний оптический переключатель (Optical Bypass Switch), что обеспечивает повышенную отказоустойчивость сети при аварийном отключении ES/1. Поставляется в различных модификациях: для одномодового и многомодового волокна и в их комбинациях.

CEIOM24 (24-Port Concentrator Ethernet I/O Module)

Этот модуль включает в себя 24-портовый концентратор Ethernet на витой паре. Он увеличивает производительность сети при стоимости, меньшей, чем стоимость аналогичного внешнего устройства. Его порты сгруппированы в единый независимый сегмент Ethernet и взаимодействуют с другими модулями через коммутатор/маршрутизатор ES/1.

HIOM (High-Speed Serial Interface I/O Module)

HIOM позволяет осуществить подключение сетей к удаленным ЛВС по высокоскоростным линиям связи по протоколу HSSI со скоростью до 52 Мб/с. Поддерживается протокол PPP.

SNMP-управляемость

Модульный концентратор ES/1 может управляться с помощью любой стандартной системы управления, базирующейся на SNMP-протоколе, в том числе: HP OpenView, IBM NetView/6000, Sun NetManager и др. Для графического представления передней панели концентратора к перечисленным консолям управления добавляются специальные программные модули компании SMC семейства EliteView. Кроме того, имеется версия программного обеспечения мониторинга и управления, работающая под Windows: EliteView for Windows.

Типовые схемы использования концентратора ES/1

Создание вырожденной магистрали (Collapsed Backbone)

Вырожденная магистраль внутри коммутатора применяется в крупных корпоративных сетях. Несколько крупных сегментов локальной сети подключаются к портам концентратора, шина которого в этом случае выполняет роль основной магистрали с пропускной способностью в сотни Мб/с. Такой подход позволяет увеличить пропускную способность сети в несколько раз по сравнению с традиционным использованием мостов на каждом сегменте сети. При этом существенно повышаются возможности централизованного управления всеми элементами корпоративной сети.

Выделенный канал Ethernet (Dedicated Ethernet)

Эта схема подключения устройств к портам коммутируемых концентраторов применяется чаще всего для создания высокоскоростной магистрали (с гарантированной пропускной способностью 10 Мб/с) между концентратором и сервером локальной сети (обычно файловым сервером или сервером баз данных). Модульные концентраторы позволяют организовать при необходимости подключение сервера по высокоскоростному каналу FDDI или Fast Ethernet.

Транслирующая коммутация

Коммутация в ES/1 основана на синхронной протокольно-независимой технологии (Synchronous Protocol Independent technology), которая поддерживает основные технологии локальных сетей, позволяя осуществлять трансляцию между кадрами различных форматов. Поэтому коммутатор ES/1 может использоваться для соединения сетей различных типов - Ethernet, Token Ring, FDDI, причем трансляция происходит со скоростью коммутации и не создает перегрузок трафика при межсетевых передачах.

Образование виртуальных групп

По умолчанию коммутатор работает в режиме моста, изучая трафик, проходящий через его порты и строя таблицу адресов сегментов. С помощью программного обеспечения EliteView администратор может в удобной графической форме определить состав виртуальных рабочих групп, куда будут входить либо локальные сегменты, если к порту ES/1 подключен концентратор или сегмент Ethernet на коаксиальном кабеле, либо отдельные рабочие станции, если они подключены к порту индивидуально выделенным каналом. Виртуальные рабочие группы могут включать различные порты как одного, так и нескольких коммутаторов ES/1.

Виртуальные сети

Наряду с образованием виртуальных изолированных рабочих групп, защищающих данные и локализующих трафик, очень полезным свойством коммутатора является возможность объединения этих групп в интерсеть с помощью внутренней маршрутизации пакетов между виртуальными сегментами, которые объявляются виртуальными сетями (IP или IPX). При этом передача пакетов между портами, принадлежащими одной сети, происходит быстро на основании коммутации пакетов, в то же время пакеты, предназначенные другой сети, маршрутизируются. Таким образом, обеспечивается взаимодействие между виртуальными рабочими группами, и в то же время выполняются все функции по защите сетей друг от друга, обеспечиваемые маршрутизаторами.

Коммутаторы локальных сетей компании 3Com

Компания 3Com занимает прочные позиции на рынке коммутаторов, выпуская широкий спектр этих устройств для всех областей применения.

Сектор коммутаторов для настольных применений и рабочих групп представляют коммутаторы семейства Link Switch. Коммутаторы для сетей отделов и магистральные коммутаторы представлены семейством LANplex. Для сетей АТМ компания выпускает коммутаторы семейства CELLplex.

Технология коммутация неэффективна без опоры на специализированные БИС -ASIC, которые оптимизированы для быстрого выполнения специальных операций. Компания 3Сom строит свои коммутаторы на нескольких ASIC, разработанных для коммутации определенных протоколов.

• ASIC ISE (Intelligent Switching Engine) предназначена для выполнения операций коммутации Ethernet и FDDI, а также поддержки функций маршрутизации и управления. Используется в коммутаторах LANplex 2500, LANplex 6000 и LinkSwitch 2200.
• ASIC TRSE (Token Ring Switching Engine) выполняет коммутацию сетей Token Ring. Используется в коммутаторах LinkSwitch 2000 TR и LANplex 6000.
• ASIC BRASICA выполняет коммутацию Ethernet/Fast Ethernet. Поддерживает технологию виртуальных сетей и спецификацию RMON. Используется в коммутаторах LinkSwitch 1000 и LinkSwitch 3000.
• ASIC ZipChip поддерживает коммутацию ATM, а также преобразование кадров Ethernet в ячейки АТМ. используется в коммутаторах CELLplex 7000 и LinkSwitch 2700.

В следующей таблице приведены основные параметры коммутаторов семейства LinkSwitch.

Примечания: СT - режим "на лету" (cut-through); S&F - с буферизацией (store-and-forward).

Коммутатор LANplex 6012 представляет собой старшую модель коммутатора локальных сетей, предназначенную для работы на уровне магистрали корпоративной сети.

Структурная схема коммутатора LANplex 6012 приведена на рисунке 7.2.

Структура коммутатора до сих пор выдает ориентацию его ранних версий на коммутацию FDDI/Ethernet. До появления модулей, выходящих на высокоскоростную протокольно-независимую шину HSI, коммутатор использовал шины FDDI для межмодульного обмена.

Основные характеристики коммутатора LANplex 6012:

• Устройство управления (отдельный модуль) поддерживает SNMP, RMON и FDDI SMT;
• Виртуальные сети создаются на основе:
• группирования портов;
• группирования МАС-адресов.
• Поддерживается IP и IPX маршрутизация (RIP):
• несколько подсетей на один порт;
• несколько портов на одну подсеть.
• IP- фрагментация;
• ASIC+RISC процессоры;
• Наличие функции Roving Analysis Port позволяет наблюдать за трафиком любого порта коммутатора;
• Поддержка алгоритма Spanning Tree;
• Фильтрация широковещательного шторма.

Рис. 7.2. Коммутатор LANplex 6012

Примеры АТМ-коммутаторов для локальных сетей

Коммутаторы CELLplex компании 3Com

Коммутатор CELLplex 7000 представляет собой модульное устройство на основе шасси, осуществляющее коммутацию до 16 портов ATM (4 модуля по 4 порта). Он предназначен для образования высокоскоростной ATM-магистрали сети путем соединения с другими ATM-коммутаторами или же для подключения высокоскоростных ATM-узлов к стянутой в точку магистрали сети на основе центра данных, имеющего порт ATM.

Коммутационный центр обеспечивает обмен данными по схеме 16(16, используя неблокирующую технологию коммутации "на лету" с общей пропускной способностью 2.56 Гб/с и поддерживая до 4096 виртуальных каналов на порт.

Пассивная внутренняя шина коммутатора обеспечивает передачу данных со скоростью до 20.48 Гб/с, обеспечивая переход в будущем на интерфейсные модули с большим количеством портов или с более скоростными портами.

Полностью избыточное шасси со сдвоенным источником питания, продублированным коммутационным центром и модульное построение делают коммутатор CELLplex 7000 отказоустойчивым устройством, подходящим для построения магистрали сети и удовлетворяющим требованиям наиболее важных приложений.

Имеются два типа интерфейсных модулей:

• модуль с 4 портами OC-3c 155 Мб/с для многомодового оптоволоконного кабеля, предназначенный для локальных связей;
• модуль с 4 портами DS-3 45 Мб/с - для глобальных связей.

Коммутатор поддерживает основные спецификации технологии ATM: установление коммутируемых виртуальных каналов (SVC) по спецификациям UNI 3.0 и 3.1, поддержку постоянных виртуальных каналов (PVC) с помощью системы управления, Interim Interswitch Signaling Protocol (IISP), эмуляцию локальных сетей (LAN emulation), управление перегрузками (congestion management).

Управление коммутатором реализовано для стандартов: SNMP, ILMI, MIB 2, ATM MIB, SONET MIB. Используется система управления Transcend.

Коммутатор CELLplex 7200 совмещает функции ATM-коммутатора и Ethernet-комму-
татора, одновременно позволяя ликвидировать узкие места на магистрали сети и в сетях отделов.

CELLplex 7200 обеспечивает полноскоростные Ethernet-каналы для разделяемых сегментов локальных сетей, серверов и отдельных рабочих станций, требующих повышенного быстродействия. Кроме этого, коммутатор может быть сконфигурирован с портами ATM для соединения с коммутаторами рабочих групп, ATM-серверами и рабочими станциями, а также для подключения к ATM-магистрали сети.

Коммутационный ATM-центр (8(8) совмещен с процессором Ethernet/ATM коммутации на микросхеме ZipChip. ZipChip преобразует пакеты данных Ethernet в стандартные ячейки ATM, а затем коммутирует их со скоростью до 780000 ячеек в секунду.

В отличие от модели CELLplex 7000 модель CELLplex 7200 имеет не два, а четыре типа интерфейсных модулей:

• модуль с двумя портами ATM OC-3c;
• модуль с двумя портами DS-3;
• модуль с 12 портами Ethernet и одним портом ATM OC-3c;
• модуль с 12 портами Ethernet и одним портом ATM DS-3.

Остальные характеристики коммутаторов CELLplex 7200 и CELLplex 7000 практически совпадают.

Коммутаторы технологии ATM LattisCell и EtherCell компании Bay Networks

Семейство продуктов, разработанных компанией Bay Networks для технологии ATM, состоит из коммутаторов LattisCell (только ATM-коммутация), коммутатора EtherCell (коммутация Ethernet-ATM), программного обеспечения ATM Connection Management System и программного обеспечения ATM Network Management Application.

Поставляется несколько моделей коммутаторов ATM, каждый из которых обеспечивает определенное сочетание физических уровней, сред передачи и возможностей резервирования источников питания.

Коммутатор EtherCell предназначен для устранения "узких мест" в рабочих группах локальных сетей, использующих традиционную разделяемую среду передачи данных технологии Ethernet. С помощью этого коммутатора можно разгрузить линии связи с серверами и маршрутизаторами. Модель 10328 EtherCell имеет 12 портов 10Base-T и прямой доступ к сети ATM. Порты Ethernet могут предоставлять выделенную полосу пропускания 10 Мб/с за счет их коммутации.

Программное обеспечение ATM Connection Management System (CMS) размещается на рабочей станции SunSPARCStation, выполняя функции координации и управления соединениями коммутатора. CMS автоматически изучает сетевую топологию и устанавливает виртуальные ATM-соединения между взаимодействующими станциями.

Программное обеспечение ATM Network Management Application, работая совместно с CMS, обеспечивает управление сетью ATM на центральной станции управления.

Модель ATM коммутатора LattisCell 10114A разработана для использования в сетях кампусов (расстояние между коммутаторами до 2 км) и представляет собой устройство, выполненное в виде автономного корпуса с фиксированным количеством портов, число которых равно 16. Для каждого порта обеспечивается пропускная способность в 155 Мб/с по многомодовому оптоволоконному кабелю. Функции физического уровня реализованы в соответствии со стандартами SONET/SDH 155 Мб/с, а также UNI 3.0

Архитектура FastMatrix обеспечивает общую внутреннюю скорость передачи данных 5 Гб/с, позволяющую производить коммутацию всех портов без блокировок. Поддерживаются функции широковещательной (broadcast) и многовещательной (multicast) передачи.

Запрос на установление соединения может быть выполнен для различных уровней качества сервиса (Quality of Service, QoS):

• QoS 1 - используется для сервиса CBR (постоянная битовая скорость);
• QoS 2 - используется для сервиса VBR RT (переменная битовая скорость приложений реального времени);
• QoS 3/4 - используется для сервиса VBR, предназначенного для передачи данных локальных сетей по процедурам с установлением соединений и без установления соединений;
• QoS 0 - используется для сервиса UBR.

Управление устройством осуществляется также с помощью программной системы CMS, для которой необходимы: SunSPARCStation 2 или выше, Sun OS 4.1.3 или выше для невыделенного Ethernet-соединения или Solaris 2.4 для прямого ATM-соединения.

Другие модели коммутаторов LattisCell (10114R, 10114A-SM, 10114R-SM, 10114R-SM, 10114-DS3, 10114-E3, 10115A, 10115R) различаются наличием резервного источника питания, а также типом портов (общее количество портов в любой модели составляет 16). Кроме многомодовых портов, коммутаторы могут иметь одномодовые оптоволоконные порты (для сетей кампусов с расстоянием до 25 км), а также порты для коаксиального кабеля с интерфесами DS-3 (45 Мб/с) и E3 (34 Мб/с) для подключения к глобальным сетям через линии T3/E3.

Модели коммутатора EtherCell (10328-F и 10328-SM) обеспечивают коммутацию Ethernet-Ethernet и Ethernet-ATM. Эти модели имеют 12 портов 10Base-T RJ-45 и один порт прямого доступа к ATM со скоростью 10 Мб/с. Порты 10Base-T могут использоваться для предоставления полной скорости 10 Мб/с выделенной линии для высокоскоростных серверов или же для разделения ее между сегментом станций рабочей группы.

Модель EtherCell 10328-F поддерживает многомодовый оптоволоконный кабель для связи с сетью ATM на расстоянии до 2 км.

Модель EtherCell 10328-SM поддерживает одномодовый оптоволоконный кабель для связи с сетью ATM на расстоянии до 20 км.

Коммутаторы поддерживают стандарт LAN emulation, определяющий взаимодействие локальных сетей с сетями ATM на уровне протоколов канального уровня. Кроме этого, поддерживаются спецификации UNI, MIB-II, EtherCell-MIB и стандартный формат MIB компании Bay Networks.

Через ATM-порт коммутаторы EtherCell могут соединяться с портом SONET/SDH коммутатора LattisCell.

Коммутаторы EtherCell включают программу-агент HSA (Host Signaling Agent), которая является агентом-посредником для Ethernet-хостов.

Коммутаторы EtherCell поддерживают образование виртуальных групп, распределенных по ATM-магистрали сети, образованной коммутаторами LattisCell.

Коммутатор LightStream 1010 компании Cisco

Коммутатор LightStream 1010 является ATM коммутатором для образования магистралей сетей отделов или кампусов.

Коммутатор обладает общей производительностью 5 Гб/с и выполнен на базе 5-слотового шасси.

В центральном слоте устанавливается модуль управления коммутацией ATM Switch Processor (ASP), который имеет разделяемую память со скоростью доступа 5 Гб/с, полностью неблокирующую коммутационную матрицу, а также высокопроизводительный RISC-процессор MIPS R4600 100 MHz. Модуль ASP работает под управлением межсетевой операционной системы IOS, как и маршрутизаторы и коммутаторы старших моделей компании Cisco. Программное обеспечение модуля ASP может заменяться "на ходу", то есть без остановки коммутатора, что важно в условиях часто изменяющихся спецификаций ATM Forum.

Оставшиеся 4 слота используются для установки интерфейсных модулей CAM, в каждый из которых можно установить до 2-х модулей адаптеров портов PAM. Таким образом, коммутатор может иметь в максимальной конфигурации до 8 модулей PAM из следующего набора:

• 1 порт ATM 622 Мб/с (OC12) (одномодовый);
• 1 порт АТМ 622 Мб/с (OC12) (многомодовый);
• 4 порта ATM 155 Мб/с (OC3с) (одномодовый);
• 4 порта ATM 155 Мб/с (OC3с) (многмодовый);
• 4 порта ATM 155 Мб/с (OC3с) (по неэкранированной витой паре UTP Cat 5);
• 2 порта DS3/T3 45 Мб/с;
• 2 порта E3 34 Мб/c.

Коммутатор LightStream 1010 одним из первых в отрасли поддерживает спецификацию маршрутизации PNNI Phase 1, необходимую для маршрутизации коммутируемых соединений (SVC) в неоднородных АТМ-сетях с учетом требуемого качества обслуживания.

Поддерживаются все определенные ATM Forum виды трафика, в том числе ABR.

Для соединений "пользователь - коммутатор" используется протокол UNI 3.0 (в ближайшее время ожидается также поддержка UNI 3.1).

Коммутатор LightStream 1010 может выполнять роль центрального коммутатора в сети кампуса (рисунок 7.3).

Рис. 7.3. Магистральная сеть Московского государственного университета