Вопрос. Сети на коммутаторах

Коммутатор (или switch – от англ. переключатель) - устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента.

Особенности:

- Коммутатор передает данные только непосредственному получателю (в отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным). Такой способ передачи данных повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости обрабатывать данные, которые им не предназначались. Адрес непосредственного получателя коммутатор узнает по таблице MAC-адресов.

- Коммутатор хранит в своей памяти таблицу, в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора.

- Коммутатор позволяет использовать полнодуплексный режим работы протоколов VLAN. В разделяемом сегменте станции всегда работают в полудуплексном режим (half-duplex), так как в каждый момент времени сетевой адаптер станции либо передает свои данные, либо принимает чужие. В полнодуплексном режиме (full-duplex) сетевой адаптер может одновременно передавать свои данные в сеть и принимать из сети чужие данные.

- Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI.

В общем случае коммутатор может объединять только узлы одной сети по их MAC-адресам. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.

Так как коммутатор работает на канальном уровне, для него пользовательскими данными являются те данные, которые переносятся в поле данных кадров протоколов канального уровня – Ethernet, Token Ring.

 

Коммутационная матрица – основной и самый быстрый способ взаимодействия процессоров портов, именно он был реализован в первом промышленном коммутаторе локальных сетей. Реализация матрицы возможна только для определенного числа портов. Коммутационная матрица работает по принципу коммутации каналов. Для 6 портов матрица может обеспечить 6 одновременных внутренних каналов при полудуплексном режиме работы портов и 12 – при полнодуплексном, когда передатчик (Т) и приемник (R) каждого порта работают независимо друг от друга.

Существует три способа коммутации.

1)С промежуточным хранением - Коммутатор читает всю информацию во фрейме (области памяти, выделяемой для хранения локальных переменных функции), проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него фрейм.

2)Сквозной - Коммутатор считывает во фрейме только адрес назначения и после выполняет коммутацию.

3)Бесфрагментный - Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий.

Вопрос. Алгоритм STA

Алгоритм покрывающего дерева (Spanning Tree, STA) используется для автоматического перевода в резервное состояние всех альтернативных связей, не вписывающихся в топологию дерева.

В режиме резервирования функционирует один канал, а остальные находятся в «горячем» резерве для замены отказавшего соединения.

Алгоритм STA широко применяется в сетях на основе коммутаторов и продолжает применяться в сетях на основе мостов (для которых алгоритм был изначально разработан).

Алгоритм STA решает проблему альтернативных связей в сетях, что существенно повышает эксплуатационные характеристики сети.

Принцип работы алгоритма STA:

· Формализация сети в виде графа

Алгоритм STA формализует сеть в виде графа, вершинами которого являются коммутаторы и сегменты сети (сегмент – связная часть сети, которая не содержит коммутаторов и маршрутизаторов). Сегмент может быть разделяемым – включает устройства физического уровня. Сегмент часто представляет собой дуплексный канал «точка-точка» между смежными портами двух коммутаторов.

· Алгоритм STA обеспечивает поиск древовидной топологии связей с единственным путем от каждого коммутатора и от каждого сегмента до выделенного коммутатора («корня дерева») при минимально возможном расстоянии.

Каждый порт коммутатора, поддерживающего алгоритм STA, может находиться в одном из 5 состояний:

1. Отключен.В этом режиме порт не участвует ни в работе протокола STA, ни в продвижении пакетов данных. Вывести порт из этого состояния можно тоже только командой конфигурирования.

2. Заблокирован. Состояние инициализации коммутатора, поддерживающего алгоритм STA. В этом состоянии порт генерирует, принимает, обрабатывает и ретранслирует пакеты BPDU протокола управления мостами, однако пакеты данных порт при этом пока не передает и не принимает.

3. Прослушивание. В этом состоянии порт продолжает генерировать, принимать, обрабатывать и ретранслировать пакеты BPDU. Если за это время порт получил BPDU с лучшими параметрами, чем его собственные, то он перейдет в состояние «Заблокирован». В противном случае порт переводится в состояние «Обучение».

4. Обучение. Состояние портов при построении коммутатором таблицы продвижения. В этом режиме коммутатор начинает принимать (но не передавать) пакеты данных и на основе их адресов источника строить таблицу продвижения. Порт продолжает участвовать в работе STA, принимая и продвигая кадры BPDU. При поступлении BPDU с лучшими параметрами порт переходит в состояние «Заблокирован».

5. Продвижение. Состояние портов, при котором осуществляется прием и продвижение пакетов данных в соответствии с построенной таблицей.

Агрегирование каналов

-Объединение избыточных физических связей в логические для достижения баланса нагрузки. Объединённый логический канал называется транком.

Агрегирование каналов повышает как производительность, так и надёжность сети

Агрегированный канал м.б. образован не только двумя соседними коммутаторами, но и распределяться между портами удалённых.