Лекции (989962), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Условная схема коммутационной матрицы.Рассмотрим один из вариантов физической реализации коммутационной матрицы для 8 портов (см. рис. ).Входные блоки процессоров EPP добавляют к байтам исходного кадра информацию о том на какой из портов его необходимо передать в виде специального ярлыка — тэга (tag). Для данного примера тэг представляет собой число их 3-х бит, соответствующее номеру выходного порта.
Матрица состоит из трех уровнейдвоичных переключателей, которые соединяют свой вход с одним из двух выходов в зависимости от значения бита тэга. Переключатели первого уровня управляются первым битом тэга, второго — вторым, атретьего — третьим.Рис. Реализация коммутационной матрицы 8x8 с помощью двоичных переключателей.Составитель: Ляхевич А.Г., 2000 - 2002 годОсновные достоинства таких матриц — высокая скорость коммутации портов и регулярная структура,которую удобно реализовывать в интегральных микросхемах. Недостатком является сложность наращивания числа портов и отсутствие буферизации данных внутри коммутационной матрицы (если порт занят, тоданные должны накапливаться во входном блоке порта, принявшего кадр).В коммутаторах с общей шиной процессоры портов связаны высокоскоростной шиной передачиданных, используемой в режиме разделения времени (см.
рис. ).Рис. Архитектура коммутатора с общей шиной.Каждый кадр передаваться по шине небольшими частями, по несколько байт (например, ячейками по 48байт), чтобы обеспечить псевдопараллельную передачу кадров между несколькими портами. Входной блокпроцессора помещает в ячейку, переносимую по шине, тэг, в котором указывает номер порта назначения.Каждый выходной блок процессора порта содержит фильтр тэгов, который выбирает тэги, предназначенныеданному порту.
Достоинством коммутаторов с общей шиной является простота наращивания количествакоммутируемых портов.Коммутаторы с разделяемой памятью обеспечивают коммутацию портов при помощи общейразделяемой памяти (см. рис. ).Рис. Архитектура коммутатора с общей разделяемой памятью.Входные блоки процессоров портов соединяются с переключаемым входом разделяемой памяти, а выходные блоки этих же процессоров соединяются с переключаемым выходом этой памяти.
Переключениемвхода и выхода разделяемой памяти управляет менеджер очередей выходных портов. В разделяемой памятименеджер организует несколько очередей данных, по одной для каждого выходного порта. Входные блокипроцессоров передают менеджеру портов запросы на запись данных в очередь того порта, который соот-Составитель: Ляхевич А.Г., 2000 - 2002 годветствует адресу назначения кадра.
Менеджер по очереди подключает вход памяти к одному из входныхблоков процессоров и тот переписывает часть данных кадра в очередь определенного выходного порта. Помере заполнения очередей менеджер производит также поочередное подключение выхода разделяемойпамяти к выходным блокам процессоров портов, и данные из очереди переписываются в выходной буферпроцессора. Достоинством коммутаров с разделяемой памятью является гибкость и экономичность распределения общей памяти между отдельными портами, что снижает требования к размеру буферной памятипроцессора каждого порта.Комбинированные коммутаторы сочетают в себе достоинства различных типов архитектур. Пример такого коммутатора, сочетающего в себе скорость матричных коммутаторов и легкость наращиваниячисла портов коммутаторов с общей шиной, приведен на рис. .Рис.
Комбинированный коммутатор.Коммутатор состоит из модулей с фиксированным количеством портов (2-12), выполненных в виде коммутационной матрицы. Модули соединены между собой при помощи общей шины. Если порты, между которыми нужно передать кадр данных, принадлежат одному модулю, то передача кадра осуществляется припомощи коммутационной матрицы. Если же порты принадлежат разным модулям, то процессоры общаютсяпо общей шине.Полнодуплексный и полудуплексный режим работы коммутатора, управление потоком кадров.Обычно к коммутатору подключаются концентраторы, т.е.
на отдельный порт подключается целый сегмент.Однако к порту могут подключаться и отдельные компьютеры (микросегментация). В таком случае, коммутатор и сетевая карта компьютера могут работать в полнодуплексном режиме, т.е. одновременно передаватьданные во встречных направлениях, увеличивая пропускную способность сети в два раза. Полнодуплексныйрежим возможен только если обе стороны - и сетевая карта и коммутатор - поддерживают этот режим. Вполнодуплексном режиме не существует коллизий. Наложение двух кадров в кабеле считается нормальнымявлением. Для выделения принимаемого сигнала, каждая из сторон вычитает из результирующего сигналасвой собственный сигнал.При полудуплексном режиме работы, передача данных осуществляется только одной стороной,получающей доступ к разделяемой среде по алгоритму CSMA/CD. Полудуплексный режим фактически былподробно рассмотрен ранее.При любом режиме работы коммутатора (полудуплексном или полнодуплексном) возникаетпроблема управления потоков кадров.
Часто возникает ситуация, когда к одному из портов коммутатораподключен файл-сервер, к которому обращаются все остальные рабочие станции (см. рис. ).Рис. Отношение многие порты – к одному.Если порт 3 работает на скорости 10 Мбит/с, а кадры с остальных четырех компьютеров поступают также соскоростью 10 Мбит/с, то не переданные кадры будут накапливаться в буфере порта 3 и, рано или поздно,этот буфер переполнится. Частичным решением данной проблемы было бы выделение для файл серверапорта 3, со скоростью 100 Мбит/с. Однако это не решает проблему, а лишь откладывает ее: со временемпользователи захотят более высоких скоростей работы сети, и коммутатор будет заменен на новый, укоторого все порты будут работать на скорости 100 Мбит/c.
Более продуманным решением, реализованномв большинстве коммутаторов, является управление потоком кадров, генерируемых компьютерами. ВСоставитель: Ляхевич А.Г., 2000 - 2002 годполнодуплексном режиме используются специальные служебные сигналы "Приостановить передачу" и"Возобновить передачу". Получив сигнал "Приостановить передачу" сетевая карта должна прекратитьпередачу кадров, вплоть до последующего сигнала "Возобновить передачу" (к сожалению в текущемстандарте 802.3x не предусмотрено частичное уменьшение интенсивности передачи кадров, возможентолько полный запрет).
В полудуплексном режиме используется "метод обратного давления" (backpressure)и "агрессивное поведение порта коммутатора". Оба метода позволяют реализовать достаточно тонкиемеханизмы управления потоком кадров, частично снижая их интенсивность, но не уменьшая ее до нуля.Метод обратного давления (backpressure) состоит в создании искусственных коллизий в сегменте,который чересчур интенсивно посылает кадры в коммутатор. Для этого коммутатор обычно использует jamпоследовательность (сигналы-помехи создающие и усиливающие коллизию), отправляемую на выход порта,к которому подключен сегмент (или компьютер), чтобы приостановить его активность.Метод агрессивного поведения порта коммутатора основан на захвате среды либо после окончания передачи очередного пакета, либо после коллизии. В первом случае коммутатор оканчивает передачуочередного кадра и, вместо технологической паузы в 9,6 мкс, делает паузу в 9,1 мкс и начинает передачунового кадра.
Компьютер не сможет захватить среду, так как он выдержал стандартную паузу в 9,6 мкс иобнаружил после этого, что среда уже занята. Во втором случае кадры коммутатора и компьютера сталкиваются и фиксируется коллизия. Компьютер делает паузу после коллизии в 51,2 мкс, как это положено постандарту, а коммутатор — 50 мкс. И в этом случае компьютеру не удается передать свой кадр.
Коммутаторможет пользоваться этим механизмом адаптивно, увеличивая степень своей агрессивности по мере необходимости.Дополнительные возможности коммутаторовТак как коммутатор представляет собой сложное вычислительное устройство, имеющее несколько процессорных модулей, то естественно нагрузить его помимо выполнения основной функции передачи кадров спорта на порт и некоторыми дополнительными функциями. Ниже описываются наиболее распространенныедополнительные функции коммутаторов.1) Поддержка алгоритма Spanning Tree.Как уже отмечалось, для нормальной работы коммутатора (моста) требуется отсутствие петлевых маршрутов в сети.
Петлевые маршруты могут создаваться администратором специально, для образования резервных связей, или же возникать случайным образом, что вполне возможно, если сеть имеет сложную топологию связи и плохо структурирована или документирована. Алгоритм покрывающего дерева — Spanning TreeAlgorithm (STA) позволяет коммутаторам автоматически, при помощи обмена служебными пакетами, определять древовидную (без петель) конфигурацию связей в сети. В случае отказе какого-либо кабеля, портаили коммутатора, отказ обнаруживается автоматически, за счет постоянного тестирования связности сетислужебными пакетами. После обнаружения потери связности протокол строит новое покрывающее дерево,если это возможно, и сеть автоматически восстанавливает работоспособность.2) Трансляция протоколов канального уровня.Коммутаторы позволяют преобразовывать кадры Ethernet в кадры FDDI, кадры Fast Ethernet в кадры TokenRing и т.п.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
