Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
КОМУТАТОРИ ETHERNET .
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Телекомунікації
Інформація про роботу
Рік:
2002
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Телекомунікаційні мережі
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національний університет «Львівська політехніка»
Кафедра «Телекомунікації»
КОМУТАТОРИ ETHERNET .
Методичні вказівки до лабораторної роботи з курсу
«Телекомунікаційні мережі ч.І»
Для студентів спеціальності
«Інформаційні мережі зв’язку»
Львів 2002
“Комутатори Ethernet”. Методичні вказівки до лабораторної роботи з курсу “Телекомунікаційні мережі ч.І” для студентів спеціальності “Інформаційні мережі зв’язку”. Львів 2002. 12 с.
Автори: к.т.н. доц. Павликевич М.Й.
ст. викладач Костів О.Л.
асистент Кирик М.І.
Програмне забезпечення: Магеровська О.
Рецензент: професор д.т.н. Тимченко О.В.
У лабораторній роботі розглянуто принципи роботи комутаторів Ethernet. Наведено приклади визначення продуктивності комутатора та середньої інтенсивності трафіка.
Методичні вказівки розглянуто на засіданні кафедри «Телекомунікації» Національного університету «Львівська політехніка» від______2002р. протокол №____.
Мета роботи: дослідити принципи застосування і роботи комутаторів Ethernet та їх ефективне використання в мережі. Визначити внутрішню продуктивність комутатора згідно заданої структури мережі та середньої інтенсивності трафіка.
Теоретична частина
Комутатори Езернет (Ethernet Switches)
Комутатори Ethernet з’явилися як розширення концепції мостів Ethernet: якщо має сенс сполучення двох мереж через міст, то чому не опрацювати пристрій, який зможе з’єднати разом чотири, шість, десять чи більше мереж? Це власне те, що робить комутатор ЛКМ.
Комутатори ділять мережу на області колізій, дозволяючи розширити правила проектування мережі. Кожний сегмент, під’єднаний до комутатора Ethernet, має повних 10 Мб/с, які спільно використовуються багатьма користувачами, що в результаті дає вищу продуктивність (на відміну від хабів, які тільки дозволяють спільне використання ширини смуги для окремого Ethernet).
Комутатори Ethernet покращують характеристики мереж шляхом зменшення сумарного зовнішнього трафіку від окремих сегментів мережі, під’єднаних до комутатора. Комутатор також фільтрує пакети подібно до раутера.
Коли поступає пакет, то його заголовок перевіряється для визначення, до якого сегменту він призначений, і тоді передається далі до того сегменту. Якщо пакет призначений до того ж сегменту, звідки висланий, то пакет не передається до інших сегментів. Це запобігає поширенню пакетів у непотрібні сегменти, тим самим обмежуючи трафік.
Вузли, які найчастіше комунікуються між собою, повинні розміщатися в одному сегменті. Комутатори працюють на рівні MAC.
Віртуальні з'єднання
Комутатор Ethernet підтримує внутрішню таблицю, що зв'язує порти з адресами підключених до них пристроїв (таблиця 1.1.). Цю таблицю адміністратор мережі може створити чи самостійно задати її автоматичне створення засобами комутатора.
Таблиця 1.1.
Використовуючи таблицю адрес і адресу одержувача, що міститься в пакеті, комутатор організує віртуальне з'єднання порту відправника з портом одержувача і передає пакет через це з'єднання.
Віртуальне з'єднання між портами комутатора зберігається протягом передачі одного пакета, тобто для кожного пакета віртуальне з'єднання організується заново на основі адреси одержувача, що міститься в цьому пакеті.
У комутаторах Ethernet передача даних між будь-якими парами портів відбувається незалежно і, отже, для кожного віртуального з'єднання виділяється вся смуга каналу.
Хоча всі комутатори мають багато загального, доцільно розділити їх на два класи, призначених для рішення різних задач.
Комутатори для робочих груп забезпечують виділену смугу при з'єднанні будь-якої пари вузлів, підключених до портів комутатора. Якщо порти мають однакову швидкість, одержувач пакета повинен бути вільним, щоб не виникло блокування.
Магістральні комутатори забезпечують з'єднання зі швидкістю передачі середовища між парою незайнятих сегментів Ethernet. Якщо швидкості портів для відправника й одержувача збігаються, сегмент одержувача повинен бути вільним, щоб уникнути блокування. На рівні робочої групи кожен вузол розділяє смугу 10 Mbps з іншими вузлами в тім же сегменті. Пакет, адресований за межі даної групи, буде переданий магістральним комутатором.
Для детальнішого вивчення принципів застосування комутаторів при побудові мереж використовуйте програму-практикум.
Основні переваги використання комутаторів Ethernet
Нижче перераховані основні переваги використання комутаторів Ethernet:
Підвищення продуктивності за рахунок високошвидкісних з'єднань між сегментами Ethernet (магістральні комутатори) чи вузлами мережі (комутатори для робочих груп). На відміну від поділюваного середовища Ethernet комутатори дозволяють забезпечити ріст інтегральної продуктивності при додаванні в мережу користувачів чи сегментів.
Зниження числа колізій, особливо в тих випадках, коли кожен користувач підключений до окремого порту комутатора.
Незначні витрати при переході від поділюваного середовища до такого, що комутується за рахунок збереження існуючої інфраструктури 10 Mbps Ethernet (кабелі, адаптери, програми).
Підвищення безпеки за рахунок передачі пакетів тільки в той порт, до якого підключений адресат.
Малий і передбачуваний час затримки за рахунок того, що смугу розділяє невелике число користувачів (в ідеалі - один)
Характеристики продуктивності комутаторів
Основними характеристиками комутатора, що вимірюють його продуктивність, є:
швидкість фільтрації (filtering);
швидкість маршрутизації (forwarding);
пропускна здатність (throughput);
затримка передачі кадру.
Крім того, існує кілька характеристик комутатора, що найбільшою мірою впливають на зазначені характеристики продуктивності. До них відносяться:
розмір буфера (буферів) кадрів;
продуктивність внутрішньої шини;
продуктивність процесора чи процесорів;
розмір внутрішньої адресної таблиці.
Швидкість фільтрації і просування кадрів є інтегральними показниками, вони не залежать від того, яким чином технічно реалізований комутатор.
Швидкість фільтрації визначає швидкість, з якою комутатор виконує наступні етапи обробки кадрів:
прийом кадру у свій буфер,
перегляд адресної таблиці з метою визначення порту для адреси призначення кадру,
знищення кадру, якщо його порт призначення збігається з портом-джерелом.
Швидкість просування визначає швидкість, з яким комутатор виконує наступні етапи обробки кадрів:
прийом кадру у свій буфер,
перегляд адресної таблиці з метою визначення порту для адреси призначення кадру,
передача кадру в мережу через знайдений за адресною таблицею порт призначення.
Як швидкість фільтрації, так і швидкість просування виміряються, звичайно, в кадрах у секунду. Якщо в характеристиках комутатора не уточнюється, для якого протоколу і для якого розміру кадру приведені значення швидкостей фільтрації і просування, то за замовчуванням вважається, що ці показники даються для протоколу Ethernet і кадрів мінімального розміру, тобто кадрів довжиною 64 байта (без преамбули), з полем даних у 46 байт. Якщо швидкості зазначені для якого-небудь визначеного протоколу, наприклад, Token Ring чи FDDI, то вони також дані для кадрів мінімальної довжини цього протоколу (наприклад, кадрів довжиною 29 байт для протоколу FDDI).
Застосування в якості основного показника швидкості роботи комутатора кадрів мінімальної довжини пояснюється тим, що такі кадри завжди створюють для комутатора найбільш важкий режим роботи в порівнянні з кадрами іншого формату при однаковій пропускній здатності користувацьких даних, що передаються. Тому при проведенні тестування комутатора режим передачі кадрів мінімальної довжини використовується як найбільш складний тест, що повинний перевірити здатність комутатора працювати при найгіршому для нього сполученні параметрів трафіка. Крім того, для пакетів мінімальної довжини швидкість фільтрації і просування мають максимальне значення, що має важливе значення при рекламі комутатора.
Пропускна здатність комутатора виміряється кількістю переданих в одиницю часу через його порти користувацьких даних. Оскільки комутатор працює на канальному рівні, то для нього користувацькими даними є ті дані, що переносяться в поле даних кадрів протоколів канального рівня - Ethernet, Token Ring, FDDI і т.п.
Максимальне значення пропускної здатності комутатора завжди досягається на кадрах максимальної довжини, бо при цьому і частка накладних витрат на службову інформацію кадру набагато нижче, ніж для кадрів мінімальної довжини, і час виконання комутатором операцій по обробці кадру, що приходиться на один байт користувацької інформації, істотно менший.
Залежність пропускної здатності комутатора від розміру переданих кадрів добре ілюструє приклад протоколу Ethernet, для якого при передачі кадрів мінімальної довжини досягається швидкість передачі в 14880 кадрів у секунду і пропускна здатність 5.48 Мб/с, а при передачі кадрів максимальної довжини - швидкість передачі в 812 кадрів у секунду і пропускна здатність 9.74 Мб/c. Пропускна здатність падає майже в два рази при переході на кадри мінімальної довжини, і це ще без обліку втрат часу на обробку кадрів комутатором.
Затримка передачі кадру виміряється як час, що пройшов з моменту приходу першого байта кадру на вхідний порт комутатора до моменту появи цього байта на вихідному порті комутатора. Затримка складається з часу, що затрачається на буферизацію байт кадру, а також часу, що затрачається на обробку кадру комутатором - перегляд адресної таблиці, ухвалення рішення про фільтрацію чи просування й одержання доступу до середовища вихідного порту.
В даній роботі ми оцінимо необхідну загальну продуктивність комутатора.
Оцінка необхідної загальної продуктивності комутатора
EMBED Photoshop.Image.5 \s
Рис. 1.1. Розподіл трафіку в мережі побудованої на комутаторі
В ідеальному випадку комутатор, встановлений у мережі, передає кадри між вузлами, підключеними до його портів з тією швидкістю, з якою вузли генерують ці кадри, не вносячи додаткових затримок і не втрачаючи жодного кадру. У реальній практиці комутатор завжди вносить деякі затримки при передачі кадрів, а також можуть деякі кадри втрачатися, тобто не доставлятися їх адресатам. Через розходження у внутрішній організації різних моделей комутаторів, важко передбачити, як той чи інший комутатор буде передавати кадри якогось конкретного виду трафіку. Кращим критерієм, як і раніше, залишається практика, коли комутатор ставиться в реальну мережу і вимірюються внесені ним затримки і кількість загублених кадрів. Однак, існують нескладні розрахунки, що можуть дати уявлення про те, як комутатор буде поводитися в реальній ситуації.
Подивимося, як можна оцінити поводження комутатора на прикладі мережі, зображеної на рисунку 1.1.
Основою для оцінки того, як буде справлятися комутатор зі зв'язком вузлів чи сегментів, підключених до його портів, є дані про середню інтенсивність трафіку між вузлами мережі, тобто скільки в середньому кадрів за секунду вузол, підключений до порту P2, генерує вузлу, підключеному до порту P4 (трафік P24), вузлу, підключеному до порту P3 (трафік P23), і так далі, до вузла, підключеного до порту P6. Потім цю процедуру потрібно повторити для трафіку, генерованого вузлами, підключеними до портів 3, 4, 5 і 6.
Результатом дослідження трафіку буде побудова матриці трафіку, приведеної у таблиці 1.2.
EMBED Flash.Movie
Таблиця 1.2
Трафік можна вимірювати як у кадрах за секунду, так і в бітах за секунду. Подібну матрицю будують агенти RMON MIB (змінна Traffic Matrix), вбудовані в мережні адаптери чи інше комунікаційне устаткування.
Для того, щоб комутатор справився з підтримкою необхідної матриці трафіку, необхідне виконання декількох умов.
1. Загальна продуктивність комутатора повинна бути більше чи дорівнювати сумарній інтенсивності переданого трафіку:
B ij Pij , (1)
де B - загальна продуктивність комутатора, Pij - середня інтенсивність трафіку від i-го порту до j-му; сума береться по всіх портах комутатора, від 1 до 6.
Якщо ця нерівність не виконується, то комутатор свідомо не буде справлятися з потоком кадрів, що надходять у його, і вони будуть губитися через переповнення внутрішніх буферів.
2. Номінальна максимальна продуктивність протоколу кожного порту комутатора повинна бути не менше середньої інтенсивності сумарного трафіку, що проходить через порт:
Сk j Pkj + i Pik, (2)
де Сk - номінальна максимальна продуктивність протоколу k-го порту (наприклад, якщо k-ий порт підтримує Ethernet, то Сk дорівнює 10 Мб/с), перша сума дорівнює інтенсивності вихідного з порту трафіку, а друга - вхідного. Для повнодуплексного режиму величину Сk потрібно подвоїти.
Загальна внутрішня продуктивність комутатора B дорівнює сумі максимальних пропускних здатностей протоколів усіх його портів Сk:
B Сk (3)
Однак, якою б загальною продуктивністю не володів комутатор, завжди можна вказати для нього такий розподіл трафіку між портами, з яким комутатор не справиться і почне неминуче втрачати кадри. Для цього досить, щоб сумарний трафік, переданий через комутатор для якого-небудь його вихідного порту, перевищив максимальну пропускну здатність протоколу цього порту. У термінах умови 2 це буде означати, що другий доданок i Pik перевищує пропускну здатність протоколу порта Ск. Наприклад, якщо порти P4, Р5 і Р6 будуть посилати на порт Р2 кожний по 5 Мб/c, те порт Р2 не зможе передавати в мережу трафік із середньою інтенсивністю 15 Мб/с, навіть якщо процесор цього порту має таку продуктивність. Буфер порту Р2 буде заповнюватися зі швидкістю 15 Мб/с, а звільнятися зі швидкістю максимум 10 Мб/с, тому кількість неопрацьованих даних буде рости зі швидкістю 5 Мб/с, неминуче приводячи до переповнення будь-якого буфера кінцевого розміру, а значить і до втрати кадрів.
З приведеного прикладу видно, що комутатори можуть повністю використовувати свою високу внутрішню продуктивність тільки у випадку добре збалансованого трафіку, коли імовірності передачі кадрів від одного порту іншим приблизно рівні. При "перекосах" трафіку, коли кілька портів посилають свій трафік переважно одному порту, комутатор може не справитися з поставленою задачею навіть не через недостатню продуктивність своїх процесорів портів, а через обмеження протоколу порту.
Порядок виконання роботи
Запустіть програму-практикум.
Ознайомтеся з правилами функціонування програми-практикуму в розділі “Про програму”.
Зайдіть в розділ “Комутатори Ethernet”.
Запустіть анімаційні фільми використовуючи кнопки тематичних підрозділів. Паралельно ознайомтеся з теоретичним матеріалом у текстовому вікні.
З розділу “Завдання” запустіть варіант задачі, визначений викладачем і дослідіть продуктивність роботи комутатора в дуплексному або напівдуплексному режимі.
Визначте, чи справиться вибрана Вами модель комутатора із заданим трафіком.
Дотримуйтесь такого порядку виконання:
Задайте продуктивності портів комутатора згідно відповідної структури мережі і запланованої смуги підключених вузлів. Заповніть матрицю продуктивності і порахуйте програмним методом сумарну внутрішню продуктивність.
Заповніть матрицю трафіка, керуючись довільними середніми значеннями інтенсивності трафіка між вузлами.
Порівняйте отримані величини. Зробіть висновки.
Зайдіть в пункт “Вибір комутатора”. Переведіть величину отриманої сумарної інтенсивності трафіка в пакети/секунду. Порівняйте цю величину з характеристиками реальних моделей комутатора компанії 3COM. Зробіть свій вибір.
Контрольні запитання
Для чого використовуються комутатори?
Який принцип роботи комутатора? На основі чого здійснюється комутація пакетів?
В чому полягають переваги комутатора в порівнянні з повторювачем? Як змінюється кількість колізій?
Яка різниця між комутаторами для робочих груп та магістральними комутаторами?
Назвіть основні характеристики продуктивності комутаторів.
Що відбувається у випадку, коли сумарний трафік, переданий через комутатор для якого-небудь його вихідного порту, перевищує максимальну пропускну здатність протоколу цього порту?
Список літератури.
Буров Є. Комп’ютерні мережі. Львів БаК, 1999р.-468с.
М. Павликевич. Телекомунікаційні мережі. Лекції для студентів спеціальності “Інформаційні мережі зв'язку”. – Львів, 2001.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора