Триколор 

Принцип работы коммутационного оборудования лвс. Коммутаторы и маршрутизаторы. Требования ЛВС предприятия

Построение корпоративной ЛВС: выбор коммутаторов доступа Сisco

Cisco предлагает обширный набор решений коммутации для корпоративных сетей, центров обработки данных и малых предприятий. Эти решения оптимизированы для широкого спектра отраслей, включая операторов связи, финансовые организации и государственный сектор. Разнообразие устройств иногда может затруднить выбор заказчика именно той модели устройства, которая максимально соответствует его техническим и бизнес-потребностям. В этой статье мы бы хотели помочь в таком выборе, охватив лишь уровень доступа (access layer) иерархической модели построения локальных вычислительных сетей (ЛВС).

Традиционное рабочее место (данные и голос)

Итак, если ваша сетевая инфраструктура на текущий момент или в планируемой перспективе будет ограничена лишь передачей информационных и голосовых данных (data and voice traffic), то вам вполне подойдут устройства Cisco Catalyst 2960 (рис.1)

Рис.1. Модельный ряд Сisco Сatalyst 2960

При этом, если вам достаточно скоростей на портах доступа (access) 100Mбит/c и магистральных портах (uplink) 1Гбит/c, то вам вполне подойдут коммутаторы серии 2960-Plus. Они обладают базовым функционалом L2, до 48 портов доступа, поддержкой IEEE 802.3af PoE (15.4 Ватт) на портах доступа и комбинированные (медь или оптика) магистральные порты. Однако, если в точках агрегации пользовательских подключений потребуется большое количество подключений (свыше 48), с точки зрения упрощения конфигурации и поддержки устройств, а также для обеспечения отказоустойчивости, целесообразно использовать стекируемые модели серии 2960-SF. Помимо стекирования до 4 устройств в единый коммутационный элемент коммутаторы 2960-SF обладают более расширенным функционалом L2 и позволяют обеспечить IEEE 802.3at PoE (PoE+, 30 Ватт) на портах доступа.

Если же вы планируете построение ЛВС со скоростными магистральными каналами 10Гбит/c и портами доступа 1Гбит/c (согласно рекомендуемому дизайну Cisco для организаций корпоративного уровня), то вам следует рассмотреть устройства серии 2960-X в качестве базового коммутатора доступа. Эти модели характеризуются высокой производительностью и функциональностью L2, возможностью стекирования до 8 устройств в стек, поддержкой PoE/PoE+, уникальным набором функций энергосбережения и функционалом сбора статистики о существующих потоках данных.

Многие корпоративные заказчики как альтернативу коммутируемому доступу (L2) выбирают маршрутизируемый (L3), что при выборе коммутаторов накладывает требование поддержки протоколов и сервисов уровня L3. Такими устройствами являются коммутаторы серии 2960-XR. В дополнении ко всему, эта платформа имеет возможность обеспечения резервирования электропитанию за счет использования двух внутренних блоков электропитания, в отличии от моделей 2960-Plus, 2960-SF и 2960-X, которые c лицензией Lan Base обеспечивают этот функционал за счет подключения к внешней системе резервного электропитания (RPS 2300).

Унифицированное рабочее место (данные, голос, видео, BYOD, мобильность)

Однако, если вы желаете двигаться в ногу с последними тенденциями, присущими корпоративной инфраструктуре сегодняшнего дня, то вам следует обратить свое внимание на коммутаторы, рекомендуемые Cisco именно для построения унифицированного рабочего места (Unified Workspace) (рис.2).

Рис.2. Модельный ряд Сisco Сatalyst 3560-X, 3750-X, 3650, 3850, 4500-E.

Среди таких тенденций хотелось бы отметить 3 основные: видео, BYOD (Bring your own device, принеси свое собственное устройство в корпоративную сеть) и мобильность.

Увеличивающаяся доля видео-трафика подталкивает компании к построению ЛВС на более скоростных каналах (10 Гбит/c). Для эффективной и бесперебойной работы сетевой инфраструктуры на таких скоростях важным становится обеспечение высокой отказоустойчивости и гибкой системы предоставления соответствующего качества обслуживания разным сервисам (QoS). Данные задачи успешно реализуются за счет правильной архитектуры и функционала: высокоскоростная и неблокируемая коммутационная матрица, быстрая технология стекирования коммутаторов (64 Гбит/c – 3750-X, 160 Гбит/c – 3650, 480 Гбит/c – 3850), резервирование электропитания за счет 2-х блоков электропитания, технология обеспечения общедоступного пула электропитания для группы коммутаторов (3750-X, 3850 – StackPower), разнообразный функционал маршрутизации трафика и обеспечения минимального времени сходимости сети (Flexlink, Cross-Stack EtherChannel), а также обширный функционал QoS.

BYOD – решение для создания оптимальных условий работы для пользователей различных устройств в любое время и в любом месте. Уже очевидно, что что пользовательские переносные устройства – экономически эффективный и привлекательный способ повышения производительности труда, но многие организации боятся подключать их к корпоративной сети, опасаясь проблем с безопасностью корпоративных данных и приложений. Однако расширенный функционал безопасности коммутаторов Catalyst 3650-X/3750-X, 3650, 3850, 4500-E (ACL, Port Security, DAI, Source Guard, DHCP Snooping, 802.1X и т.д.) и интеграция с централизованными системами идентификации и авторизации доступа (Cisco ISE) позволяет обеспечить безопасность как с точки зрения доступа к сети, так и для самого устройства. В дополнении к базовым технологиям безопасности оборудование Cisco, имея уникальный функционал, позволяет обеспечить конфиденциальность данных в ЛВС, путем шифрования (MACsec – IEEE 802.1AE) на канальном (L2) уровне, как на пользовательских портах (пользователь-коммутатор), так и на магистральных портах (коммутатор-коммутатор) (3650-X/3750-X, 4500-E, 3650/3850-в будущих версиях ПО), а также организовать безопасный доступ на основе списков доступа на базе меток Secure Group Access List (SGACL) (3650-X/3750-X, 4500-E, 3650/3850 – в будущих версиях ПО).

Чтобы сотрудники, которые используют свои персональные устройства (смартфоны, планшетные компьютеры и т.д.), максимально эффективно решали служебные задачи им нужно обеспечить максимальную мобильность, то есть не только обеспечить проводную связь в любом месте, но и беспроводную связность ко всем корпоративным ресурсам. На базе платформы Сisco Catalyst 3850 вы сможете обеспечить мобильный унифицированный доступ для своих сотрудников за счет встроенных в одном устройстве коммутатора и беспроводного контроллера (на базе 4500-E c процессором Sup8-E – в следующих версиях ПО).

Еще одна уникальная особенность коммутаторов Cisco – это способность обеспечить на порту доступа электропитания 60 Ватт (Universal Power Over Ethernet – UPOE). Данная функциональность уже сейчас позволяет подключить персональные системы Telepresence, клиенты VDI, устройства контроля доступа и другие разнообразные пользовательские устройства, которые требуют электропотребление свыше 30 Ватт без использования отдельных кабелей электропитания (3650-X/3750-X, 4500-E, 3850, 3650 – в будущем).

Коммутация в локальных сетях (ЛВС) является одной из основ происходящего сегодня перехода к использованию технологий следующего поколения. Традиционные ЛВС рассчитаны на совместное использование ресурсов пользователями небольшого числа станций (обычно до 50). К числу разделяемых ресурсов относятся файлы и периферийные устройства (принтеры, модемы и т.п.). Поскольку картина трафика в таких сетях имеет ярко выраженный взрывной характер, использование разделяемой между всеми пользователями полосы может приводить к существенному замедлению работы. Стандарты Ethernet и token ring регулируют доступ сетевых устройств к разделяемой среде передачи. Когда одно из устройств передает данные в сеть, все остальные должны ждать окончания передачи, не делая попыток передать в сеть свои данные.

Такая схема разделения доступа к среде очень эффективна в небольших сетях, используемых для совместного использования файлов или принтеров. Сегодня размер и сложность локальных сетей значительно возрасли, а число устройств измеряется тысячами. В сочетании с ростом потребностей пользователей недетерминистический характер традиционных сеетвых архитектур (таких как Ethernet и token ring) начал ограничивать возможности сетевых приложений. Коммутация ЛВС является популярной технологией, способной продлить жизнь существующих ЛВС на базе Ethernet и token ring. Преимущества коммутации заключаются в сегментировании сетей - делении их на более мелкие фрагменты со значительным снижением числа станций в каждом сегменте. Изоляция трафика в небольшом сегменте приводит к многократному расширению доступной каждому пользователю полосы, а поддержка виртуальных ЛВС (VLAN) значительно повышает гибкость системы.

Коммутация обеспечивает сегментирование ЛВС с разделяемой средой

Администраторы сетей должны представлять себе технологические аспекты коммутации ЛВС и стоимость перехода к использованию коммутаторов в существующих сетях. Технологические вопросы включают понимание архитектуры коммутаторов ЛВС различий между коммутацией на MAC-уровне и маршрутизацией на сетевом, а также разницы между выполнением операций на программном и аппаратном уровне. Экономические аспекты включают сравнение соотношения производительность/цена для маршрутизаторов и коммутаторов, оценку эффективности вложения средств, а также расходов на организацию и поддержку сетей (включая управление сетью).

Технологические аспекты

Еще недавно для сегментации ЛВС использовались мосты, но развитие технологий позволило использовать для этого более эффективные решения. Еще несколько лет назад для объединения сегментов ЛВС использовались маршрутизаторы - устройства сетевого уровня. Маршрутизаторы обеспечивают эффективную сегментацию, но они достаточны дороги и сложны в управлении. Появление коммутаторов, основанных на базе специализированных контроллеров ASIC, сделало эти устройства значительно более эффективным инструментом сегментации сетей.

Коммутаторы ЛВС отличаются большим разнообразием возможностей и, следовательно, цен - стоимость 1 порта колеблется в диапазоне от 50 до 1000 долларов. Одной из причин столь больших различий является то, что они предназначены для решения различных классов задач. Коммутаторы высокого класса должны обеспечивать высокую производительность и плотность портов, а также поддерживать широкий спектр функций управления. Такие устройства зачастую кроме традиционной коммутации на MAC-уровне выполняют функции маршрутизации. Простые и дешевые коммутаторы имеют обычно небольшое число портов и не способны поддерживать функции управления.

Одним из основных различий является используемая в коммутаторе архитектура. Поскольку большинство современных коммутаторов работают на основе патентованных контроллеров ASIC, устройство этих микросхем и их интеграция с остальными модулями коммутатора (включая буферы ввода-вывода) играет важнейшую роль. Коммутаторы, реализующие также функции сетевого уровня (маршрутизацию), оснащены, как правило, RISC-процессорами для выполнения ресурсоемких программ маршрутизации.

Рисунок 2.1 Блок-схема коммутатора с архитектурой cross-bar

Контроллеры ASIC для коммутаторов ЛВС делятся на 2 класса - большие ASIC, способные обслуживать множество коммутируемых портов (один контроллер на устройство) и небольшие ASIC, обслуживающие по несколько портов и объединяемые в матрицы коммутации. Вопросы масштабирования и стратегия разработчиков коммутаторов в области организации магистралей и/или рабочих групп определяет выбор ASIC и, следовательно, - скорость продвижения коммутаторов на рынок.

Существует 3 варианта архитектуры коммутаторов - переключение (cross-bar) с буферизацией на входе, самомаршрутизация (self-route) с разделяемой памятью и высокоскоростная шина. На показана блоксхема коммутатора с архитектурой, используемой для поочередного соединения пар портов. В любой момент такой коммутатор может обеспечить организацию только одного соединения (пара портов). При невысоком уровне трафика не требуется хранение данных в памяти перед отправкой в порт назначения - такой вариант называется коммутацией на лету cut-through). Однако, коммутаторы cross-bar требуют буферизации на входе от каждого порта, поскольку в случае использования единственного возможного соединения коммутатор блокируется (). Несмотря на малую стоимость и высокую скорость продвижения на рынок, коммутаторы класса cross-bar слишком примитивны для эффективной трансляции между низкоскоростными интерфейсами Ethernet или token ring и высокоскоростными портами ATM и FDDI.

Рисунок 2.2 Блокировка коммутатора с архитектурой cross-bar

Коммутаторы с разделяемой памятью имеют общий входной буфер для всех портов, используемый как внутренняя магистраль устройства (backplane). Буферизагия данных перед их рассылкой (store-and-forward - сохранить и переслать) приводит к возникновению задержки. Однако, коммутаторы с разделяемой памятью, как показано на не требуют организации специальной внутренней магистрали для передачи данных между портами, что обеспечивает им более низкую цену по сравнению с коммутаторами на базе высокоскоростной внутренней шины.

Рисунок 2.3 Архитектура коммутатора с разделяемой памятью

Рисунок 2.4 Коммутатор с высокоскоростной шиной

Рисунок 2.5 Коммутация и маршрутизация в модели OSI

Большинство современных сетевых устройств - концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы - поддерживают отдельные функции коммутации и маршрутизации. Администратор сети должен решить, какие услуги каждого типа требуются в сети и чье оборудование наиболее соответствует задачам.

Аппаратные реализации коммутаторов ЛВС используют специализированные микросхемы ASIC (собственной разработки или других фирм), в которых реализованы функции коммутации. Аппаратная реализация обеспечивает более высокую скорость по сравнению с программной. Однако, этого еще недостаточно для создания хорошего коммутатора. При разработке ASIC должны создавать и проверяться программы коммутации, реализуемые в микросхемах. После создания контроллера программный код уже нельзя изменить, поэтому эффективность машины коммутации играет важнейшую роль. Стремление быстрее предложить устройства на рынок зачастую определяет уровень функциональности ASIC. Программные решения используют процессоры общего назначения, для работы которых требуется загрузить программный код. Преимущества такого подхода включают более высокий уровень сервиса (например, маршрутизация), но эти преимущества зачастую полностью подавляются ростом задержек.

Экономические аспекты

Очевидно, что основной причиной столь быстрого внедрения коммутаторов является более низкая, по сравнению с традиционными маршрутизаторами, стоимость самих устройств и существенное снижение расходов на организацию и поддержку сетей. Будучи устройством MAC-уровня, коммутатор не требует какой-либо настройки и обеспечивает решение plug-and-play (это относится прежде всего к простым коммутаторам). Коммутаторы легко позволяют решить проблему расширения полосы и могут работать в сетях с традиционными маршрутизаторами, обеспечивая деление сети на сегменты, связываемые потом маршрутизаторами. Поскольку на канальном уровне сеть выглядит плоской, все дополнительные услуги маршрутизации должны выполняться традиционными маршрутизаторами. Таким образом, коммутаторы в рабочих группах позволяют эффективно сегментировать сеть, оставляя маршрутизаторам функции связи между сегментами.

Другой причиной быстрого роста популярности коммутаторов является то, что они оптимизированы для решения различных сетевых задач (в частности для организации рабочих групп). Поскольку потребности рабочих групп связаны прежде всего с высокой скоростью обмена и обеспечением неблокируемых путей передачи трафика между членами группы, коммутаторы ЛВС содержат в качестве ядра аппаратную машину коммутации (switching engine). Массовое производство контроллеров ASIC привело к значительному снижению цен. Дополнительные высокоскоростные порты (uplink) для подключения к серверам, маршрутизаторам или магистралям обеспечивают пользователям рабочих групп удовлетворение всех возникающих потребностей. Гибкое и масштабируемое выделение полосы делает коммутаторы ЛВС важной частью процесса модернизации существующих сетей на базе разделяемых сред. Возможность простого переноса из одной точки сети в другую обеспечивает высокую эффективность капиталовложений, поскольку при изменении задач или структуры сети не приходится покупать новые устройства взамен имеющихся.

Возможно наибольшая экономия в результате использования коммутаторов связана с эффектиной сегментацией сети (рост пропускной способности) и простотой управления (plug-and-play). В отличие от маршрутизаторов, коммутаторы ЛВС практически не требуют настройки и не отнимают много времени у сетевых администраторов. MAC-адреса подключенных к коммутатору устройств определяются автоматически, а сложные схемы IP-адресации, используемые в сегодняшних сетях остаются полностью прозрачными для рабочих групп. Установка коммутатора в рабочей группе обычно не требует ничего, кроме подключения устройств к портам коммутатора взамен портов концентратора или размещения коммутатора между концентраторами и маршрутизатором как показано на рисунках , и .

Рисунок 2.6 Традиционная ЛВС на основе концентратора

Рисунок 2.7 Коммутатор ЛВС взамен хаба

Рисунок 2.8 Совместное использование коммутаторов и концентраторов

Коммутаторы ЛВС обеспечивают расширение агрегатной полосы

Сегментирование ЛВС с разделяемой средой можно проиллюстрировать на примере разделения участников большой конференции на специализированные группы, разделенные в разных помещениях. Сегментация сети обеспечивает многократный рост агрегатной полосы, позволяя вместо одного устройства вести передачу многим устройствам сразу. Сети Ethernet и token ring аналогичны пленарным заседаниям конференций, где все слушают одного оратора. Заседания рабочих групп позволяют выступать одному человеку в каждой группе. Таким образом и сегментация сетей позволяет вести передачу данных нескольким устройствам одновременно (по одному на сегмент).

При рассмотрении вопросов коммутации ЛВС важно понимать картину трафика и изменения в структуре ЛВС. Картины трафика в традиционных ЛВС с состязательным доступом к среде и сетях с выделенной полосой для каждого порта существенно отличаются. При изучении картины администратор наверняка увидит, что отдельным пользователям или группам требуется более широкая полоса, а часть задач весьма чувствительна к задержкам.

Изменения в структуре ЛВС и картине трафика

Сейчас уже очевидно, что используемый в сетях с разделяемой полосой состязательный механизм доступа является основной причиной недостаточной пропускной способности традиционных ЛВС. Напомним, что в каждый момент времени передавать данные в разделяемую среду может лишь одна станция - остальные должны "слушать". Реализации механизмов доступа в сетях Ethernet и token ring отличаются, следовательно, будут различаться и результаты использования коммутаторов.

Доступ к среде в сетях Ethernet основан на алгоритме CSMA/CD (множественный доступ с детектированием несущей и обнаружением конфликтов). Когда станции требуется передать данные, она сначала проверяет канал на предмет его использования другой станцией (обнаружение несущей - CS). Если среда в данный момент не используется, станция может начать передачу. Если среда занята, станция повторяет попытку доступа по истечении случайного интервала времени. Несмотря на предварительное прослушивание среды две (или более) станции могут начать передачу одновременно - возникает конфликт или коллизия (CD). В этом случае обе станции должны немедленно прекратить передачу и пытаться повторить ее по истечение случайного интервала времени.

В небольших сетях взрывной характер трафика (пакеты данных передаются лишь время от времени) обеспечивает достаточно малую вероятность возникновения конфликтов. В большой сети интервалы между пакетами сокращаются и вероятность коллизий растет. Это приводит к тому (), что в больших сетях возможна (хотя и маловероятна) ситуация, когда какая-либо станция (например, с медленным процессором) вообще не сможет получить доступа к среде передачи, поскольку какой-либо очередности доступа не соблюдается (известный принцип - кто первый встал, тому и тапочки). Сегментация такой сети позволит обеспечить существенное повышение пропускной способности.

Figure 2.9 Пример сети рабочей группы

Число станций и эффективная полоса

В сетях Token ring доступ к среде основан на передаче маркера (token) - специального пакета, распространяемого по кольцу. Получившая маркер станция может начать начать передачу своих данных в сеть. Здесь не возникает конфликтов, но станция, не владеющая маркером, не может передавать данные, даже при свободной среде. В маленьких сетях цикл передачи маркера по кольцу занимает немного времени и станции не ждут подолну возможности начать передачу. Однако, в большой сети время ожидания может стать слишком большим. Разделение кольца на несколько меньших колец с помощью коммутатора (сегментация) уменьшает число станций в кольце и снижает время ожидания маркера. Кроме того, коммутация token ring повышает устойчивость сети к повреждениям.

Причиной нехватки пропускной способности является то, что каждая станция сегмента слышит "разговоры" всех других станций. Переход к ориентированным на организацию соедиений "точка-точка" технологиям типа ATM, является важнейшим шагом вперед. Преимущества полностью коммутируемых сетей, ориентированных на организацию соединений, очевидны, но что делать с имеющимися сетевыми приложениями и услугами на основе широковещательных пакетов в традиционных ЛВС. До тех пор, пока все эти приложения не будут переписаны для сетей на основе организации прямых соединений, проблема широковещательного трафика будет основным вопросом в связи с коммутацией ЛВС.

Рисунок 2.10 Число пользователей Ethernet и эффективная полоса

Различные требования пользователей к полосе

Широкополосные приложения, такие как multimedia и базы данных клиент-сервер являются достаточно тяжелым грузом для ЛВС с разделяемой средой, рассчитанных просто на совместное использование файлов и принтеров. Использование состязательных механизмов доступ к среде не позволяет обеспечить пользователям графических приложений высокоскоростной перенос по сети больших объемов данных с малой задержкой. Администраторы сетей часто решают эту проблему организацией для таких пользователей отдельных сегментов без перехода на высокоскоростные технологии типа FDDI. Подбор числа пользователей для каждого порта коммутатора обеспечивает экономичное решение проблемы недостаточной пропускной способности без перехода на новые технологии.

Файловые серверы, серверы приложений и пользователи с высокими запросами можно подключить к коммутатору через скоростные порты Fast Ethernet, FDDI или ATM. Этот путь требует замены сетевых адаптеров в серверах и, возможно, кабельной системы, но обеспечивает гибкое и масштабируемое решение.

Широкополосные приложения отнюдь не являются единственной проблемой сетевых администраторов. Чувствительные к задержкам задачи реального времени (например, видео) в разделяемых средах с недетерминистическим способом доступа (типа Ethernet).

Коммутация ЛВС повышает уровень гибкости

Коммутация ЛВС позволяет создавать виртуальные сети (VLAN) из групп пользователей, основываясь на их задачах, а не по физическому расположению в сети. Технология виртуальных ЛВС позволяет пользователям свободно перемещаться по сети, оставаясь в своей рабочей группе.

Простота приспособления виртуальных ЛВС к перемещению и добавлению узлов, а также другим изменениям в сети вместе с эффективной интеграцией традиционных ЛВС в сети ATM способна поразить воображение каждого. Перестройка сети с учетом роста числа мобильных пользователей и необходимости обеспечения доступа на базе правил, позволяет многочисленным пользователям свободно работать даже находясь за пределами офиса. Планирование интеграции традиционных ЛВС в сети на базе ATM требует от администраторов с осторожностью относится к выбору технологии. Правильный выбор позволит создать эффективную сеть и обеспечит возможность поэтапного перехода на новые технологии.

Виртуальные ЛВС упрощают перенос, добавление или удаление узлов

Сотрудники многих организаций работают над различными проектами, группируясь в рабочие команды для решения конкретных задач. По мере решения задачи состав группы может меняться, а по завершении потребуется создание новой группы. Организация рабочих групп по физическому расположнию компьютеров (как это делается в сетях с разделяемой средой) зачастую создает трудноразрешимые проблемы. Приходится переносить рабочие места пользователей или передавать большие объемы информации через перегруженные маршрутизаторы. Кроме того, трудоемкость настройки маршрутизаторов делает практически нереальной задачу создания временных рабочих групп из числа сотрудников, удаленных друг от друга. Виртуальные ЛВС позволяют группировать пользователей, не обращая внимание на их физическое расположение в сети - вы можете создать рабочую группу из сотрудников, расположенных в разных зданиях или даже в разных городах.

Возможность организации VLAN с использованием WAN-каналов требует интеграции коммутаторов ЛВС и ATM. На показан пример использования ATM для организации логического соединения между портами удаленных коммутаторов ЛВС. Таким образом можно создавать широковещательные домены (виртуальные ЛВС) из станций, расположенных на значительном удалении

Рисунок 2.11 Логические соединения коммутаторов ATM через WAN-каналы

Виртуальные ЛВС обеспечивают многочисленные преимущества. Рассмотрим для примера организацию с большим числом работающих на выезде сотрудников. При переезде такого сотрудника в другое место меняется его сетевой адрес и требуется полностью обновлять таблицу маршрутизации. Пользователю после такого переезда также придется вносить конфигурационные изменения для получения привычного сервиса. Виртуальные ЛВС на базе коммутаторов с поддержкой функций маршрутизации значительно упрощают операции, связанные с перемещениями пользователей. Возможно обеспечить полное сохранение рабочей среды независимо от местоположения пользователя ().

Рисунок 2.12 Построение виртуальной ЛВС

В дополнение к возможности организации распределенных рабочих групп технология VLAN позволяет создавать такие группы на основе широкого набора критериев (правил), задаваемых администратором сети. Таким образом, вопросы доступа, обеспечения безопасности, ведения счетов на оплату услуг можно решать автоматически за счет задания соответствующих правил организации VLAN. Виртуальные сети на базе правил позволяют обеспечить высочайшую гибкость при надежном обеспечении безопасности сети. Управление VLAN на основе технолгии drag-and-drop позволяет легко настраивать права доступа, создавать и менять логические рабочие группы.

Рисунок 2.13 Построение виртуальной ЛВС

Коммутация ЛВС обеспечивает интеграцию традиционных рабочих групп в сети ATM

Возможно одним из основных преимуществ коммутации ЛВС является возможность удовлетворения разнообразных потребностей пользователей в части предоставления полосы и типа сервиса. Как мы показали ранее установка коммутатора ЛВС, работающего на MAC-уровне не требует внесения изменений на уровне рабочих станций или уже имеющихся в сети маршрутизаторов. За счет возможности управления числом станций на каждом порту коммутатора администратор может обеспечить каждому пользователю или приложению требуемую полосу и величину задержки. Высокоскоростные магистральные модули (uplink) обеспечивают хорошее масштабирование за счет возможности подключения к высокоскоростным серверам и магистралям. Поскольку установка коммутаторов практически не требует настройки, добавление коммутаторов вследствие роста сети не вызывает затруднений и не требует высоких расходов.

Наконец, возможность поэтапной модернизации позволяет оценить необходимость использования новых технологий (типа ATM) для расширения возможностей существующих сетей. Реализация сетей полностью на базе ATM требует значительных средств и возможность использования преимуществ этой технологии при сохранении существующих сетей Ethernet и token ring имеет очень важное значение.

Приведенная в документе техническая информация может быть изменена без предупреждения.

© 1997 Xylan Corporation.

Коммутация

Коммутаторы - устройств канального уровня. В современных сетях они почти совершенно вытеснили мосты и частично маршрутизаторы. Коммутатор (switch) - это корпус со множеством гнезд для кабелей, который внешне похож на концентратор. Более того, некоторые производители выпускают концентраторы и комму­ таторы, различающиеся лишь маркировкой. Но это совершенно разные устройства: концентратор передает каждый входящий пакет через все порты, а коммутатор направляет его только на порт, обеспе­чивающий доступ к целевой системе (рис. 3.4).

Поскольку коммутатор направляет данные только на один порт, он, по сути, преобразует ЛВС с общей сетевой средой в ЛВС с выде­ ленной (dedicated) средой. В небольшой сети с коммутатором вместо концентратора каждый пакет следует от компьютера-источника к компьютеру-получателю по выделенному пути, который является коллизионным доменом для этих двух компьютеров.

Такой коммута­тор иногда называют коммутирующим концентратором (switching hub). Широковещательные сообщения коммутаторы передают на все свои порты, но к узковещательным и многоадресным сообщениям это не относится. Ни один компьютер не получает пакеты, которые ему не предназначены. В процессе узковещательной передачи коллизии никогда не возникают, так как любая пара компьютеров в сети обме­нивается данными по выделенному кабелю. Иными словами, если мост просто разгружает сеть, то коммутатор практически полностью устраняет в ней лишний трафик.

Другое преимущество коммутации в том, что любая пара компьютеров пользуется всей полосой пропускания сети. Стандартная сеть Ethernet с концентратором может состоять из 20 или более компьютеров, совместно использующих полосу пропускания 10 Мбит/сек. Замените концентратор на коммутатор, и каждая пара компьютеров получит собственный выделенный канал со скоростью передачи 10 Мбит/сек. Это может существенно повысить общую производительность сети без модернизации рабочих станций. Кроме того, некото­рые коммутаторы снабжены портами, работающими в полнодуплек­сном режиме, т. е. два компьютера могут передавать данные в обоих направлениях одновременно, используя отдельные пары проводов в сетевом кабеле. Работа в полнодуплексном режиме может увеличить пропускную способность сети с 10 Мбит/сек до 20 Мбит/сек.

Примечание: Коммутаторы, как правило, дороже концентраторов и дешевле маршрутизаторов. Как и концентраторы, по размерам коммутаторы варьируются от небольших блоков до моделей, смонтированных в отдельных стойках.

Установка коммутаторов

В небольших сетях, как правило, вместо коммутатора можно исполь­ зовать концентратор. Чаще коммутаторы применяют в крупных интерсетях вместо мостов или маршрутизаторов. Если в обычной корпоративной сети, состоящей из магистрали и нескольких сегментов, заменить маршрутизаторы коммутаторами, эффект будет поразитель­ный. В сети с маршрутизатором магистраль переносит межсетевой трафик, сгенерированный всеми сегментами. Это приводит к тому, что она всегда работает в условиях высокого трафика. В коммутируемой сети компьютеры подсоединены к отдельным коммутаторам рабочих групп, которые в свою очередь связаны с высокопроизводительным коммутатором магистрали (рис. 3.5). В результате любой компьютер сети может соединиться по выделенному каналу с любым другим компьютером, даже если данные проходят через несколько коммутаторов.

Существует много вариантов использования коммутаторов в сложных интерсетях; менять сразу все концентраторы и маршрутизаторы на коммутаторы не придется. Например, можно продолжать пользоваться обычными сетевыми концентраторами, но подключить их не к маршрутизатору, а к многопортовому коммутатору. От этого эффек­ тивность межсетевого трафика возрастет. С другой стороны, если в Вашей сети большой объем трафика генерируется внутри отдельных ЛВС, а не между ними, можно, не затрагивая магистраль, заменить коммутаторами концентраторы рабочих станций, увеличив тем самым доступную каждому компьютеру полосу пропускания.

Проблема больших интерсетей, связанная с заменой всех мар­ шрутизаторов на коммутаторы, состоит в том, что в результате вместо нескольких небольших широковещательных доменов Вы получаете один, но очень большой (о коллизионных доменах Вам беспокоиться не придется, потому что коллизий будет гораздо меньше). Любое широковещательное сообщение, сгенерированное одним компьютером, коммутаторы передают всем остальным компьютерам сети, увеличивая тем самым количество лишних пакетов, обрабатываемых каждой системой. Существует несколько технологий для решения этой проблемы.

Виртуальные ЛВС (ВЛВС) позволяют выделять в коммутируемой сети подсети, существующие только внутри коммутаторов. Адреса систем, входящих в данную подсеть, задаются сетевым администратором; физическая сеть остается коммутируемой. Системы подсети могут находиться где угодно, поскольку подсеть виртуальна и не зависит от физического расположения компьютеров. Когда компьютер, включенный в подсеть, передает широковещательное сообщение, оно передается только компьютерам данной подсети. Связь между подсетями может осуществляться с помощью маршрутизатора или коммутатора, но внутри ВЛВС трафик может быть только коммутируемым.

Уровень коммутации 3 - это вариант ВЛВС, минимизирующий объем маршрутизации между виртуальными сетями. Когда требуется установить связь между системами в разных ВЛВС, маршру­тизатор устанавливает соединение между системами, а затем управление берут на себя коммутаторы. Маршрутизация осуществляется только тогда, когда она действительно необходима.

Типы коммутаторов

Существует два основных типа коммутаторов: сквозные (cut- through) и с промежуточной буферизацией (store-and-forward). Сквозной коммутатор передает пакеты через соответствующий порт без дополнительной обработки, немедленно, как только они получены, считывая адрес целевой системы в заголовке протокола канального уровня. Коммутатор начинает передачу пакета, даже не дожидаясь завершения его приема. Как правило, в сквозных коммутаторах используется аппаратный компонент, состоящий из набора схем ввода- вывода, который позволяет данным поступать в коммутатор и покидать его через любой порт. Такие коммутаторы называются еще матричными (matrix) или координатными (crossbar). Они относительно недороги и сводят к минимуму так называемое время ожидания (latency), т. е. время, затрачиваемое коммутатором на обработку пакетов.

Коммутатор с промежуточной буферизацией дожидается завершения приема пакета и лишь потом отправляет его по назначению. Различают коммутаторы с общей памятью (shared-memory switch), т. е. с общим буфером для хранения данных всех портов, и коммутаторы с шиной (bus architecture switch) - с отдельными буферами для каждого порта, соединенными шиной. Пока пакет хранится в буферах, коммутатор пользуется этой возможностью, чтобы проверить данные, вычислив их код CRC. Кроме того, коммутатор отслеживает появление других проблем, присущих конкретному протоколу канального уровня, которые приводят к формированию дефектных кадров, на сленге именуемых коротышками (runt), гигантами (giant) и тарабар­ щиной (jabber). Эта проверка, естественно, увеличивает время ожида­ния, а дополнительные функции повышают стоимость коммутаторов с промежуточным хранением по сравнению со сквозными.

Маршрутизация

Маршрутизатором (router) называется устройство, связывающее вместе две сети, формируя из них интерсеть. В отличие от мостов и коммутаторов, маршрутизаторы функционируют на сетевом уровне эта­лонной модели OSI. Это означает, что маршрутизатор может связывать ЛВС, которые работают с разными протоколами канального уровня (например, Ethernet и Token Ring), при условии, что все они используют один и тот же протокол сетевого уровня. Самым популярным в наши дни является набор протоколов TCP/IP, на сетевом уровне которого действует протокол IP. Таким образом, большая часть информации, которую Вы будете узнавать о маршрутизаторах, будет относиться к протоколу IP.

Когда компьютеру в одной ЛВС нужно передать данные компьютеру в другой ЛВС, он посылает пакеты маршрутизатору в своей локальной сети, а маршрутизатор направляет их в целевую сеть. Если система-получатель находится в удаленной сети, маршрутизатору приходится пересылать пакеты другому маршрутизатору. В больших интерсетях, подобных Интернету, пакетам на пути к целевому компьютеру приходится проходить через множество маршрутизаторов.

Поскольку маршрутизаторы работают на сетевом уровне, они не связаны ограничениями протоколов канального уровня. Пакет, поступающий в маршрутизатор, продвигается по стеку протоколов к сетевому уровню, причем по ходу дела кадр канального уровня отсекается. Маршрушзатор определяет, куда нужно отправить пакет, и передает данньк вниз по стеку другому сетевому интерфейсу, который для отправки инкапсулирует их в новый кадр. Если два протокола канального уровня поддерживают пакеты разных размеров, мар­ шрутизатору, возможно, придется фрагментировать данные сетевого уровня и создавать из них несколько кадров.

Маршрутизация пакетов

В отношении пакетов, пересылаемых другим портам, маршрутизато­ры более избирательны, чем концентраторы, мосты и коммутаторы. Работая на границах ЛВС, они не передают широковещательные сообщения за исключением некоторых специальных случаев. Маршру­тизатор осуществляет передачу пакетов, руководствуясь не аппаратным адресом в заголовке канального уровня, а адресом оконечной целевой системы в заголовке протокола сетевого уровня. Информация о смежных с маршрутизатором сетях содержится в его внутренней таблице маршрутизации (routing table). По этой таблице маршру­тизатор определяет, куда направить очередной пакет. Если пакет предназначен для системы в одной из сетей, к которым подключен маршрутизатор, он передает пакет непосредственно этой системе. Если пакет предназначен системе в удаленной сети, маршрутизатор через одну из смежных сетей передает пакет другому маршрутизатору.

Рассмотрим в качестве примера корпоративную интерсеть, состоящую из магистрали и нескольких сегментов, подключенных к ней с помощью маршрутизаторов (рис. 3.6). Компьютеры каждого сегмента используют в качестве шлюза по умолчанию маршрутизатор, связывающий этот сегмент с магистралью. Все пакеты, генерируемые в локальной сети, передаются либо одной из систем этой же сети, либо шлюзу по умолчанию. Маршрутизатор-шлюз удаляет из каждого па­кета кадр канального уровня и считывает из заголовка сетевого уров­ня адрес оконечной целевой системы.

По своей таблице маршрутизации шлюз определяет, через какой маршрутизатор он может получить доступ к сети, в которой находится око­ нечная система. Адрес этого маршрутизатора указывается в качестве целевого адреса канального уровня в новом кадре, который шлюз создает для пакета с помощью протокола канального уровня магистрали (он может отличаться от протокола, используемого в сегменте). Затем пакет достигает следующего маршрутизатора, и процесс повторяется. Когда очередной маршрутизатор находит по своей таблице, что целевая система находится в сегменте, с которым он соединен, маршрутизатор создает кадр для передачи пакета непосредственно этой системе.

Если пакету на пути к конечному пункту приходится проходить через множество сетей (рис. 3.7), каждый обрабатывающий его маршрутизатор называют транзитом (hop). Маршрутизаторы часто оценивают эффективность маршрута по числу транзитов от исходной до целевой системы. Одна из основных функций маршрутизатора - выбор наилучшего маршрута по данным из таблицы маршрутизации.

Помимо объединения в интерсеть нескольких ЛВС в пределах одного здания, маршрутизаторы способны также соединять удаленные сети. Организации, состоящие из нескольких филиалов, часто соединяют локальные сети в этих филиалах, устанавливая в каждой сети маршрутизатор и соединяя эти маршрутизаторы с помощью выделенных телефонных линий или других технологий ГВС, например, транс­ ляции кадров (Frame Relay). Поскольку во всех филиалах широкове­щательный домен ограничен локальной сетью, по линиям ГВС пере­даются лишь пакеты, предназначенные для систем в других сетях. Объем трафика по каналам ГВС сведен к минимуму, а значит, минимальна и их стоимость.

Таблицы маршрутизации

Таблица маршрутизации - это сердце маршрутизатора. Без нее маршрутизатор не узнает, куда пересылать получаемые пакеты. Возникает вопрос, откуда она берется? В отличие от мостов и коммутаторов, маршрутизаторы не умеют составлять таблицы маршрутизации на основе информации из обрабатываемых ими пакетов. Это связано с тем, что для заполнения таблицы маршрутизации нужны подробнос­ти, которых в пакетах нет, а также с тем, что таблица необходима мар­шрутизатору для обработки первых же полученных им пакетов. Мар­шрутизатор, в отличие от моста, во все возможные пункты назначе­ния пакеты не пересылает.

Таблицы маршрутизации создаются вручную или автоматически. Первый способ создания таблицы называется статической маршру­ тизацией (static routing). Сетевой администратор решает, что следует делать маршрутизатору при получении пакетов, адресованных систе­мам в конкретной сети, и вводит необходимые данные в таблицу. Этим еще можно заниматься в относительно небольшой сети с несколькими маршрутизаторами, но в большой сети конфигурирование таблиц вручную становится неподъемной задачей. Кроме того, мар­шрутизаторы не могут автоматически корректировать таблицы при изменении структуры сети.

При динамической маршрутизации (dynamic routing) маршрутиза­торы с помощью специализированных протоколов маршрутизации обмениваются информацией друг о друге и сетях, к которым они под­ ключены. Когда все маршрутизаторы в интерсети обменяются друг с другом таблицами, у каждого из них будет информация не только о своей собственной, но и о более удаленных сетях.

Протоколов маршрутизации существует множество, особенно в Интернете, где маршрутизация является одним из самых сложных и жизненно важных компонентов инфраструктуры. Динамическая мар­ шрутизация не требует прямого участия системных администраторов, не считая установки и запуска протоколов маршрутизации, а также обеспечивает автоматическое обновление содержимого таблиц при изменениях в сети. Допустим, один из маршрутизаторов вышел из строя. Через некоторое время все маршрутизаторы, которые обычно связывались с ним, удалят неисправный маршрутизатор из своих таблиц, передадут информацию о нем другим маршрутизаторам, и вскоре вся сеть прекратит попытки воспользоваться неисправным маршрутом. Когда маршрутизатор «вернется в строй», другие маршрути­заторы снова включат его в свои таблицы.

В задачу маршрутизатора входит также выбор для каждого пакета наилучшего маршрута до места назначения. В сравнительно небольших интерсетях (рис. 3.6) к конкретной системе есть только один возможный маршрут. Однако в более сложных сетях администраторы часто устанавливают несколько маршрутизаторов, чтобы в случае неисправности одного из них пакеты добрались до цели другим путем. В таблицу маршрутизации включаются все возможные маршруты к данной системе, причем каждый из них характеризуется величиной мет­ рики (metric), определяющей относительную эффективность данного маршрута. Смысл метрики зависит от протокола маршрутизации, который ее генерирует. Иногда это просто число транзитов между мар­ шрутизатором и целевой системой. В других случаях метрика вычисляется сложнее.

Повторитель (repeater) — блок взаимодействия, служащий для регенерации электрических сигналов, передаваемых между двумя сегментами ЛВС. Повторители используются, если реализация ЛВС на одном сегменте кабеля (отрезке, моноканале) не допускается из-за ограничений на расстояние или на число узлов, причем при условии, что в соседних сегментах используются один и тот же метод доступа и одни и те же протоколы. Трафик в сегментах, соединенных повторителем, — общий. Повторитель может быть многопортовым. Сигнал, пришедший на один из портов, повторяется на всех остальных портах.

Концентраторы , называемые также хабами, предназначены для объединения в сеть многих узлов. Концентраторы обычно имеют ряд портов для подключения компьютеров и порт AUI (Attachment Unit Intreface) для связи с другими концентраторами или с магистралью. Концентраторы создают общую среду передачи данных без разделения трафика. Как и повторители они восстанавливают форму и мощность электрических сигналов, распространяемых в общей среде передачи данных. Так, концентраторами являются хабы в 10Base-T или Token Ring. В отличие от повторителя концентратор является многопортовым устройством (следует однако отметить, что часто термины повторитель и концентратор считают синонимами).

Дополнительными функциями концентраторов могут быть отключение некорректно работающих узлов, передача данных о состоянии соответствующего участка сети менеджеру протокола управления SNMP и др.

Сетевые платы и концентраторы специфичны для каждого типа ЛВС.

В последнее время концентраторы используются достаточно редко, вместо них получили распространение коммутаторы — устройства, работающие на канальном уровне ЭМВОС и повышающие производительность сети путём логического выделения каждого подключённого устройства в отдельный сегмент - домен коллизии.

Для соединения отдельных сегментов ЛВС друг с другом используют мосты и коммутаторы.

Мост (bridge) — блок взаимодействия разных подсетей, который в отличие от повторителей и концентраторов разделяет трафик. Разделение трафика означает, что если отправитель и получатель некоторого сообщения находятся в одной и той же из соединяемых подсетей, то это сообщение не пропускается в другую подсеть.

Мосты имеют по два или более портов. Каждый порт может оказаться входным или выходным. Управление передачей пакетов выполняется с помощью маршрутной таблицы моста, в которой строки содержат соответствующие друг другу значения MAC-адреса узла и номера порта моста. Если пакет пришел на порт и по таблице адрес относится к тому же порту , то пакет остается в данной ЛВС, иначе передается на порт , который найден по таблице. Первоначальное заполнение таблицы происходит по адресам источников пакетов — в строку заносятся адрес отправителя и номер входного порта. Таблицы могут изменять во времени свое содержимое. Если некоторые адреса по истечении длительного времени ни разу не активировались, то строки с такими адресами удаляются, их восстановление или занесение новых адресов выполняется по процедуре первоначального заполнения.

Мост может быть многопортовым, причем обычно порты соединяются посредством шины.

В зависимости от выполняемых функций различают несколько типов мостов.

Так называемый прозрачный (transparent) мост соединяет однотипные подсети (с одинаковыми канальными протоколами).

Транслирующие мосты соединяют сети с разными канальными протоколами, конвертируя пакеты (но необходимо, чтобы размеры пакетов были приемлемы для обеих сетей).

Инкапсулирующий мост отличается от прозрачного тем, что передача ведется через некоторую промежуточную сеть, имеющую, возможно, другие канальные протоколы (например, пересылка пакета между Ethernet подсетями через опорную сеть FDDI). Промежуточная сеть работает широковещательно, все подсети-приемники вскрывают инкапсулированные пакеты.

С помощью мостов возможна фильтрация пакетов. Например, администратор может установить защиту от пакетов с определенными адресами или запретить доступ к некоторым ресурсам.

Недостатки мостовых соединений — сравнительно невысокое быстродействие, необходимость избегать циклических соединений, что не всегда легко реализовать в сложных сетях.

Коммутаторы (switches) в отличие от мостов предназначены для объединения в сеть многих узлов или подсетей с возможностью создания одновременно многих соединений. Коммутаторы используются также для связи нескольких ЛВС с территориальной сетью. Один коммутатор может объединять несколько как однотипных, так и разнотипных ЛВС. Коммутаторы, как и мосты, работают с MAC-адресами и локализуют значительную часть трафика внутри соединяемых подсетей.

Возможны коммутация "на лету" (сквозная коммутация — cut-trough), когда передача пакета начинается сразу после расшифровки его заголовка, и с полным получением пакета (промежуточная буферизация — store-and-forward). Первый способ применяют в небольших сетях, второй — в магистральных коммутаторах. Сквозная коммутация уменьшает задержки в передаче данных, позволяет обойтись малым объемом буфера, но не дает возможности контролировать безошибочность передачи данных (точнее, изымать неверные кадры). Коммутация называется адаптивной, если администратор может для каждого порта устанавливать наиболее подходящий режим — "на лету" или "с буферизацией".

Обычно коммутатор имеет ряд портов, группируемых в сегменты. Каждый сегмент ориентирован на ЛВС одного типа. Например, коммутатор может иметь сегменты для подсетей типов Ethernet, Token Ring, FDDI, причем в этих сегментах имеются гнезда для подключения от двух-трех до нескольких десятков подсетей. Для каждого порта (или сегмента) выделены свои процессор и буферная память, т.е. коммутатор, в отличие от моста, представляет собой многопроцессорное устройство, каждый процессор обрабатывает пакеты, пришедшие на соответствующий порт. Имеется центральный процессор, координирующий работу остальных устройств. Процессоры соединяются посредством или высокоскоростной общей шины, или многовходовой памяти, но чаще используется коммутирующая матрица , в которой одновременно может быть создано много соединений.

В случае общей шины используется метод ее разделения между разными соединениями по времени.

Коммутатор на основе многовходовой буферной памяти называют временным. Запись производится в ячейки памяти последовательным опросом входов, а коммутация осуществляется благодаря считыванию данных на выходы из нужных ячеек памяти. При этом происходит задержка на время одного цикла "запись-чтение".

Коммутирующая матрица размера × представляет собой сетку, в которой входов подключены к горизонтальным шинам, а выходов — к вертикальным (рис. 1).

Рис. 1. Матрица пространственного коммутатора

В узлах сетки имеются коммутирующие элементы, причем в каждом столбце сетки может быть открыто не более чем по одному элементу. Если , то коммутатор может обеспечить соединение каждого входа с не менее чем одним выходом; в противном случае коммутатор называется блокирующим, т.е. не обеспечивающим соединения любого входа с одним из выходов. Обычно применяются коммутаторы с равным числом входов и выходов ×.

Недостаток рассмотренной схемы — большое число коммутирующих элементов в квадратной матрице, равное . Для устранения этого недостатка применяют многоступенные коммутаторы. Например, схема трехступенного коммутатора 6×6 имеет вид, представленный на рис. 2.

Рис. 2. Схема трехступенного пространственного коммутатора

Достаточным условием отсутствия блокировок входов является равенство . Здесь — число блоков в промежуточном каскаде, = ; — число блоков во входном каскаде. В приведенной на рис. 2 схеме это условие не выполнено, поэтому блокировки возможны. Например, если требуется выполнить соединение a1-d1, но ранее скоммутированы соединения a2-b2-c4-d3, a3-b3-c1-d2, то для a1 доступны шины b1,с3 и с5, однако они не ведут к d1.

В многоступенных коммутаторах существенно уменьшено число переключательных элементов за счет некоторого увеличения задержки. Так, при замене одноступенного коммутатора 1000×1000 трехступенным с = 22 и = 43 число переключателей уменьшается с 10 6 до 2·46·22·43 + 43·46·46, т.е. примерно до 0,186*10 6 .

Различают коммутаторы второго уровня (канального уровня) и коммутаторы третьего уровня (сетевого уровня). Сети с мостами или с коммутаторами второго уровня подвержены так называемому широковещательному шторму , поскольку при широковещательной передаче пакеты направляются во все подсети, соединенные через коммутаторы. Если какой-либо узел неправомочно начинает генерировать пакеты с широковещательным адресом, сеть будет "забита" пакетами. Чтобы уменьшить отрицательное влияние такого шторма, сеть разбивают на группы подсетей, в пределах которых и осуществляется широковещательность. Коммутатор третьего уровня разделяет группы, направляя через себя пакет только, если он предназначен для подсети другой группы.

Основными характеристиками коммутаторов являются скорость фильтрации и скорость продвижения пакетов через коммутатор, пропускная способность, измеряемая количеством информации, переданной через порты коммутатора в единицу времени, и задержка кадра в коммутаторе.

Типичные значения задержки при фильтрации (пакет остается в данной подсети) в современных коммутаторах находятся в пределах 10...40 мкс, а задержки при продвижении пакетов (пакет передается через коммутатор в другую подсеть) — в пределах 50...200 мкс. Удаление кадра из буфера происходит, если кадр остается в данной подсети. В этом случае используются также параметр скорость фильтрации, измеряемая количеством пакетов (обычно минимальной длины), фильтруемых коммутатором в единицу времени. Если кадр передается в другую подсеть, то используют параметр скорость продвижения кадров.

Задержка в коммутаторе определяется затратами времени на буферизацию и обработку кадра, включающую просмотр адресной таблицы и либо удаление кадра из буфера, либо передачу кадра на другой порт с последующим ожиданием доступа к подсети выходного порта.

В кабельной системе ЛВС различают горизонтальную и вертикальную подсистемы. Горизонтальная подсистема обычно занимает один этаж здания и включает концентраторы и кроссовый шкаф, от которого разводка к розеткам на рабочих местах выполняется с помощью витой пары (коаксиальный кабель или ВОЛС используются редко). Для подсоединения витой пары к порту хаба или компьютера применяют разъем типа RJ-45.

Вертикальная подсистема состоит из центрального кроссового шкафа здания, соединяющего поэтажные кроссовые шкафы с помощью ВОЛС или толстого коаксиального кабеля.

Среднестатистическая ЛВС организации делится на активное и пассивное оборудование, а также компьютеры (и другие оконечные устройства) пользователей. В активное оборудование ЛВС входят:

Рассмотрим одну из составляющих активного оборудования ЛВС - оборудование коммутации.

Задача проектирования новой или модернизации существующей локальной сети предприятия вопрос важный и требует серьёзного подхода и глубокого изучения деталей работы всей системы.

Рассмотрим основные моменты по выбору коммутаторов для решения задач сети ЛВС предприятия. Коммутатор (он же хаб, он же свитч) – сетевой прибор, который объединяет несколько компьютеров в локальную вычислительную сеть (ЛВС). Необходимо хорошо понимать логику работы и подбирать наборы параметров и функций, которые представляют необходимые и дополнительные сервисы пользователям, а также упрощают администрирование ЛВС.

Организация активного оборудования ЛВС

Верхний уровень коммутации представляют коммутаторы ядра сети - Core layer - высокопроизводительные устройства с сверхвысокой скоростью передачи данных до 40Gb, как правило, используются для обмена данными между серверами.

Средний уровень ЛВС представляют коммутаторы агрегации - Distribution (Agregation) layer - обеспечивают настройки сети в плане политик безопасности, QoS, маршрутизацию VLAN, широковещательные домены.

И нижний уровень - коммутаторы рабочих групп или коммутаторы доступа (пользователей) - Access layer - подключение конечных ПК, ноутбуков и др. пользователей, отметка трафика QoS, питание PoE устройств.

Правильный выбор коммутаторов обеспечит надежную и правильную работу всей организации. На какие моменты обратить внимание при выборе коммутатора? Внимательно изучите технические характеристики и обозначения в описании, указанные производителем.

Функциональные характеристики коммутаторов

Задача проектировщика сети найти золотую середину и за максимум функций и высокую надежность заплатить адекватную цену.

Основные функции коммутаторов:

  • Базовая скорость передачи данных
  • Количество портов.
  • Характер работы подключенных к нему пользователей.
  • Внутренняя пропускная способность.
  • Автоопределение типа кабеля MDI/MDI-X.
  • Наличие порта Uplink.
  • Стекирование.
  • Возможность установки в стойку.
  • Количество слотов расширения
  • Jumbo Frame - Power over Ethernet (PoE)
  • Размер таблицы MAC-адресов.
  • Flow Control (Управление потоком
  • Встроенная грозозащита.

Маршрутизатор ЛВС предприятия

Маршрутизатор - обеспечивает доступ потоков информации между филиальных частей ЛВС предприятия и сетью Интернет. На сетевом уровне L3 OSI обработка маршрутов пакетов в сети возложена на маршрутизирующие коммутаторы агрегации (коммутатотры уровня L3). Второй тип маршрутизатора - это пограничные устройства - их задача строить маршруты пакетов по адресам получателей и отправителей и анализ маршрутов пакетов, отслеживая нагрузку линий СПД. Пограничные маршрутизаторы обеспечивают защиту от НСД, сегментов сети от широковещательных DDOS-атак.

Требования ЛВС предприятия

  • скорость - важнейшая характеристика локальной сети;
  • адаптируемость - свойство ЛВС расширяться и устанавливать рабочие станции там, где это требуется;
  • надежность - свойство ЛВС сохранять полную или частичную работоспособность вне зависимости от выхода из строя конечного оборудования или некоторых узлов;
  • производительность и экономичность;
  • масштабируемость - возможность без проблем развернуть любые IP системы (например видеонаблюдение поверх текущей сети);
  • простота управления и эксплуатации;
  • отказоустойчивость, гибкость к настройке и самонастройке при восстановлении;
  • гарантийное обслуживание (м.б. на весь срок жизни продукта endOFlife - в среднем 5-7 лет).

Для бесперебойной эффективной работы ЛВС, коммутаторы которой нуждаются в потребление электроэнергии, необходимо предусмотреть гарантированное питание и аварийное электропитание в соответствии с руководящими документами Вашей отрасли.

Компания «АЕСТЕЛЬ» представляет партнёрам только лучшие устройства и решения. Наши специалисты помогут Вам определиться с их выбором, а при необходимости мы спроектируем топологию сети Вашего предприятия, в которой будут учтены все требования к потокам данных (нагрузка, скорость, среда передачи данных: оптика-медь, а также уже имеющееся в наличии оборудование) и пожелания.

Примеры расчёта различных вариантов и топологий ЛВС смотрите в разделе .

Организация пассивного оборудования ЛВС

Пассивное сетевое оборудование – это оборудование не нуждающееся в потребление электроэнергии и

не вносящее изменений в сигнал на информационном уровне. Основная функция пассивного оборудования состоит в обеспечении передачи сигнала – это розетки, коннекторы, патч-панели, кабель, патч-корды, кабель-каналы, а также монтажные шкафы, стойки и телекоммуникационные шкафы. Всё это оборудование носит название структурированный кабельные системы (СКС) - имеет чёткую иерархию по структуре, сертификации международных систем стандартизаций и соответственно по типам использования в зависимости от требований к объектам и качеству передачи данных.