Дәріс. D-LinK жергілікті желісінің коммутаторлары

Дәрістің мақсаты: коммутация технологиясын оқып-үйрену: екінші деңгейдің коммутациясы; коммутация типтері. Коммутаторлар түрлері: коммутаторлардың техникалық іске асуы, басқару мүмкіндігі бойынша коммуторлардың жіктелінуі.

Қарапайым желі мәлімет тарату ортасымен (кабельді немесе сымсыз) қосылған түйіндерден (компьютерлерден) және маршрутизаторлар, концентраторлар немесе коммуторлар сияқты арнайы желілік құрылғылардан тұрады. Желінің осы барлық компоненттері бірге жұмыс жасай отырып, пайдаланушыларға мәліметтерді бір компьютерден екінші компьютерге, мүмкін болса әлемнің басқа бөлігіне жіберуге мүмкіндік береді.

Коммутаторлар – көптеген қазіргі желілердің басты бөлігі. Микросегментацияны қолдана отырып, олар ақпаратты көптеген пайдаланушыларға желі арқылы бір уақытта жіберуге мүмкіндік береді. Микросегментация жеке немесе белгіленген сегменттер – әр сегментке бір жұмыс стансасын (коммутатор портына сегмент емес, тек жұмыс стансасы қолданылады) жасауға мүмкіндік береді. Осы кезде әрбір жұмыс стансасы барлық өткізу жолағына рұқсат алады және оған басқа стансалармен жарысудың керегі жоқ. Егер құрылғы дуплексті режимде жұмыс жасаса, онда коллизия болмайды.

Коммутаторлар мен желілердің көптеген түрлері бар. Компанияның ішкі желісінің әрбір түйініне бөлек қосылуды қамтамасыз ететін коммутаторлар жергілікті желілердің коммутаторлары (LAN Switches) деп аталады.

Желіде LAN коммутаторларын қолданудың артықшылықтары.

Бірінші жергілікті желілердің көбісі желінің жұмыс стансаларының арасында байланысты қамтамасыз ету үшін концентраторларды қолданды. Желінің өсуіне байланысты келесі мәселелер пайда болды:

- желінің кең көлемдігі (Scalability) – концентраторда құрылған, шекті өткізу жолағы бар, желінің өсуі кезінде жоғалудың болмауын қиындататын желі, ал қазіргі қосымшалар бұрынғыға қарағанда, үлкен өткізу жолағын талап етеді;

- кідіріс (Latency) – белгіленген пунктке жету үшін дестеге қажет уақыт көлемі. Желідегі концентратор негізінде құрылған әрбір түйін коллизия болмас үшін мәлімет тарату мүмкіндігін күтуі тиіс, ондай болса түйіндер саны өскен сайын кідіріс ұлғайды. Немесе егер біреу желі арқылы үлкен файл таратып жатса, қалған түйіндер өздерінің мәліметтерін тарату үшін оның таратуының аяқталуын күтуі тиіс;

- желідегі доғару (Network failure) – қарапайым желідегі концентраторға қосылған бір құрылғы осы концентраторға қосылған басқа құрылғыларда жұмыс жылдамдығы (100 Мбит/с желілік адаптер және 10 Мбит/с концентратор) немесе кең тарату хабарының көптігінің (broadcast) сәйкессіздігінен қиындық туғызуы мүмкін. Коммутаторлар кең жолақты дестелерді шектеу үшін конфигурациялануы мүмкін;

- коллизиялар (Collisions) – жарты дуплексті Ethernet-те Carrier Sense Multiple Access /Collision Detection (CSMA/CD) әдісі мәліметті таратудың бөлінген ортасына кіру үшін қолданылады. Кірудің бұл әдісінде тарату ортасы бос екеніне көз жеткізбейінше өзінің дестесін жібермейді. Егер екі түйін тарату ортасы бос екенін бос екенін біліп таратуды бір уақытта бастаса, коллизия пайда болады және десте жоғалады. Коллизияның қайда пайда болғанынан тәуелсіз барлық түйіндері коллизия пайда болғанын сезетін Ethernet желісінің бөлігі коллизия домені (collision domain) деп аталады. Концентраторлар негізінде құрылған Ethernet желісі әрқашан коллизияның бір доменін пайда етеді.

Концентраторларды коммутаторға жай ауыстыру локалды желінің әсерлігін жоғарылатады, бірақ сонда да кабельді сымды немесе желілік адаптерді ауыстырудың қажеті жоқ. Коммутаторлар бір сегменттің трафигін екінші сегменттің трафигінен оңашалап, көлемі жағынан үлкен емес коллизия домендерін пайда етіп, желіні бөлек логикалық сегменттерге бөледі.

Коммутатор көмегімен үлкен желіні бірнеше автономды сегменттерге бөлудің бірнеше артықшылықтары бар. Қайта бағыттауға трафиктің бөлігі ғана ұшырағандықтан, коммутаторлар желінің барлық бөлігінде құрылғылармен қабылданатын трафикті азайтады. Коммутаторлар бірнеше потенциалды қауіпті желілік қателерді өткізбейтін және көп құрылғылардың арасында мәлімет алмасуды қамтамасыз ететін желіаралық экран (брандмауэр) қызметін орындай алады. Коммутаторлар желінің фактілік көлемін көбейтіп, басқаша жалғануға келмейтін алшақтатылған стансаларды қосуға мүмкіндік береді. Fast Ethernet немесе Gigabit Ethernet желілері үшін коммуторлар концентраторлар негізінде құрылған желілерде «екі қайталағыш»-тан көп шектеулерді жеңудің әсерлігі әдісі болып табылады. Коммутаторлар жергілікті желінің әртүрлі өткізу жолағымен қосуға мүмкіндік береді. Мысалы, коммутатор көмегімен 10-мегабитті және 100-мегабитті Ethernet желісін қосуға болады. Кейбір коммутаторлар коммутацияны буферлеусіз қабылдамайды (cut-through switching), ол желідегі кідірісті азайтады.

Коммутаторлардың концентраторлардан тағы бір артықшылығы. Концентраторға қосылған барлық түйіндер өткізу жолағын өзара бөліп алады. Коммутаторлар әр түйінге (егер ол коммутатор портына тікелей қосылса) бөлек өткізу жолағын береді де, желілік сегменттерде коллизия ықтималдығын азайтады.

Коммутация технологиясы. Коммутаторлар әдетте OSI моделінің арналық деңгейінде жұмыс жасайды. Олар кірген кадрларды талдайды, олардың МАС-адрестері негізінде ары қарай таратылуы жайлы шешім қабылдайды және кадрларды белгілеу пунктіне жеткізеді. Коммутаторлардың басты ерекшелігі - жоғарғы деңгейлердің хаттамалары үшін мөлдірлігі. Коммутатор 2-деңгейде жұмыс жасағандықтан, OSI моделінің жоғарғы деңгейлерінің ақпаратын талдаудың қажеті жоқ.

2-деңгейдің коммутациясы – аппараттық. Коммутаторда кадрдың таратылуы Application-Specific Integrated Circuits (ASIC) деп аталатын арнайы мамандандырылған контроллермен өңделеді. Коммутаторлар үшін жасалған бұл технология үлкен емес кідіріспен гигабитті жылдамдықты үйлестіруге мүмкіндік береді.

2-деңгейлі коммутаторды қолданудың екі басты себебі бар: желіні сегменттеу және жұмыс топтарын біріктіру. Коммутаторлардың жоғары өнімділігі желі өндірушілеріне физикалық сегментте түйін санын азайтуға мүмкіндік береді. Ірі желіні логикалық сегменттерге бөлу (сегменттерді жүктеу есебімен) желі өнімділігін, сондай-ақ мәлімет қорғалу деңгейін жоғарылату арқылы желі құрастыру икемділігін жоғарылатады және желіні басқаруды жеңілдетеді.

Екінші деңгейлі коммутацияның артықшылықтарына қарамастан бірнеше шектеулері де бар. Желіде коммутаторлардың бар болуы кең жолақты кадрлардың (broadcast) барлық желінің сегменті бойынша таралуына, оның мөлдірлігін сақтай отырып, бөгет болмайды.

Осылайша, желіге OSI моделінің 3-деңгейінің қызметі қажет екені анық. Үшінші деңгейлік коммутация – ASICs контроллерімен өңделетін десте таратуы жүретін аппараттық коммутация. 2-деңгей коммутаторына қарағанда 3-деңгей коммутаторлары MAC-адрестері негізінде емес, желілік деңгейдің ақпараты негізінде шешім қабылдайды. 3-деңгейлі коммутацияның негізгі мақсаты – 2-деңгейдің жылдамдығы мен маршруттаудың масштабталуын алу. 3-деңгейдің коммутаторы дестені өңдеуді маршрутизатор сияқты орындайды:

- 3-деңгейдің ақпараты негізінде (желілік адрес) дестенің белгілеу орнына жету жолын анықтайды;

- бақылау соммасын есептеу арқылы 3-деңгейдің тақырыбының бүтіндігін тексереді;

- дестенің желіде болу уақытын тексереді;

- кез келген қосымша ақпаратты өңдейді және оған жауап береді;

- ақпараттық басқару базасындағы статистиканы өңдейді (Management Information Base -MIB);

- қауіпсіздікті басқаруды қамтамасыз етеді (егер қажет болса);

-тарату кідірісіне сезімтал мультимедиялық қосымшалар үшін сервистің қажетті сапасын қамтамасыз етеді (QoS).

3-деңгейлі маршрузитатор мен коммутатордың арасындағы негізгі айырмашылық - 3-деңгейлі коммутация негізінде аппараттық іске асыру жатыр. Жалпы белгілеулі маршрутизаторларында дестелік коммутация бағдарлама арқылы іске асады. 3-деңгей коммутаторлары маршрутизаторларға қарағанда жылдамырақ және арзанырақ болғандықтан, оларды жергілікті желіде қолданған ыңғайлы.

4-деңгейлі коммутация 4-деңгей ақпаратын басқаруына жауап беретін желілік деңгейдің аппараттық маршруттау негізінде орындалады. Десте тақырыбындағы ақпарат әдетте желілік деңгей адрестелуін, 3-ші деңгей хаттамасының түрін, желіде болу уақытын (TTL) және бақылау соммасын өз құрамына кіргізеді. Дестеде сонымен қатар хаттама түрі және порт нөмірі секілді жоғарғы деңгейлердің хаттамасы жайлы ақпарат бар. 4-деңгейлі коммутацияның қарапайым анықтамасы – тек МАС немесе ІР адрес негізінде ғана емес, порт нөмірі секілді 4-деңгейдің параметрі негізінде де дестені тарату жайлы шешім қабылдау мүмкіндігі.

Маршрутизаторлар транспортты деңгей ақпараты негізінде трафикті басқара алады. Осы әдістің бірі рұқсаттың кеңейтілген тізімін құрастыру болып табылады (extended access lists).

Коммутаторлар 4-деңгейдің қызметін орындағанда олар тақырып ішіндегі TCP және UDP өрістерін оқиды да, осы дестеде ақпараттың қандай типі таратылып жатқанын анықтайды. Желі әкімшісі коммутаторды бағдарлап қоюы мүмкін: қосымша басымдылығына сәйкес тарфикті өңдеу. Бұл функция соңғы пайдаланушылар үшін сервис сапасын анықтауға мүмкіндік береді. Сервис сапасы анықталғанда, коммутация 4-деңгей коммутациясы пошталық хабарлама немесе FTP дестесіне қарағанда бейнеоконференция трафигіне көбірек өткізу жолағын бөледі. Егер таңдалған саясат трафикті басқаруды қосымша бойынша бөлу немесе әр қосымша шығаратын трафик көлемін есептеу керек болғанда 4-деңгей коммутациясы қажет. Бірақ 4-ші деңгей коммутациясын орындаушы коммутаторларға коммутация кестесінің үлкен санын анықтау және сақтау мүмкіндігі қерек болатын айта кету керек, әсіресе коммутатор корпоративті желінің ядросының ішінде қолданылса.

Коммутаторларды басқару бойынша кластарға бөлуге болады. Басқару коммутаторлары – Web-басқару интерфейсін, командалық жол интерфейсін (CLI), Telnet, SNMP (Simple Network Management Protocol), TFTP (Trivial File Transfer Protocol) және т.б. өз құрамына кіргізетін басқару және орнату функцияларын үйлестіреді. Мысал ретінде D-Link DES-3226, DES-3226S, DES-3250TG, DES-6300, DGS-3212SR, DGS-3224SR және т.б. коммутаторларын келтіруге болады. Басқарылмайтын коммутаторлар – басқару және орнату функцияларын қолдамайды. Мысалы, DxS-10xx сериялы D-Link. Орнату коммутаторлары осылардың арасында позицияда тұрады. Бұл коммутаторлар белгілі параметрлер орнатуын үйлестіреді, бірақ SNMP бойынша басқаруды үйлестірмейді. Мысал ретінде DES-1218R/26R коммутаторы болып табылады.