Технология коммутации оставляетметод доступа к среде в неизменномвиде. Это позволяет подключать кпортам не только отдельныекомпьютеры, как это было показанона рисунке 2.12, но и сегментылокальных сетей (рисунок 2.14).
Рис. 2.14. Коммутаторсохраняет в сегментах локальныхсетей
метод доступа к разделяемой среде
Узлы сегмента разделяют общуюсреду передачи данных, используялибо пассивный коаксиальныйкабель, либо концентраторы, какпоказано в примере, приведенном нарисунке. Если это коммутатор Ethernet,то каждый его порт участвует впроцессе обнаружения и отработкиколлизий, и без этой функциикоммутатор нельзя было быподключать к сегменту, так как он быполностью нарушил нормальнуюработу остальных узлов сегмента.Если это коммутатор колец FDDI, то егопорты должны участвовать впроцессе захвата и освобождениятокена доступа к кольцу всоответствии с алгоритмамиМАС-уровня стандарта FDDI.
Однако, когда к каждому портукоммутатора подключен только одинкомпьютер, ситуация становится нетакой однозначной.
В обычном режиме работыкоммутатор по-прежнему распознаетколлизии. Если сеть представляетсобой Ethernet на витой паре, то доменомколлизий в этом случае будетучасток сети, включающийпередатчик коммутатора, приемниккоммутатора, передатчик сетевогоадаптера компьютера, приемниксетевого адаптера компьютера и двевитые пары, соединяющиепередатчики с приемниками (рисунок2.15).
Коллизия возникает, когдапередатчики порта коммутатора исетевого адаптера одновременно илипочти одновременно начинаютпередачу своих кадров, считая, чтоизображенный на рисунке сегментсвободен. В результате строгогособлюдения правил разделения средыпо протоколу Ethernet порт коммутатораи сетевой адаптер используютсоединяющий их кабель вполудуплексном режиме, то есть поочереди - сначала кадр или кадрыпередаются в одном направлении, азатем в другом. При этоммаксимальная производительностьсегмента Ethernet в 14880 кадров в секундупри минимальной длине кадраделится между передатчиком портакоммутатора и передатчикомсетевого адаптера. Если считать,что она делится пополам, то каждомупредоставляется возможностьпередавать примерно по 7440 кадров всекунду.
Рис. 2.15. Домен коллизий,образуемый компьютером и портомкоммутатора
В то же время, передатчик иприемник как сетевого адаптера, таки порта коммутатора способныпринимать и передавать кадры смаксимальной скоростью 14880 кадров всекунду. Такая скоростьдостигается в том случае, когда втечение длительного временипередача идет в одном направлении,например, от компьютера ккоммутатору.
Способность оборудованиястандарта 10Base-T, то есть Ethernet'a навитой паре, работать с максимальнойскоростью в каждом направлениииспользовали разработчикикоммутаторов в своих нестандартныхреализациях технологий, получившихназвание полнодуплексных версийEthernet, Token Ring, FDDI и т.д.
Полнодуплексный режим работывозможен только при существованиинезависимых каналов обмена даннымидля каждого направления и присоединении "точка-точка" двухвзаимодействующих устройств.Естественно, необходимо, чтобыМАС-узлы взаимодействующихустройств поддерживали этотспециальный режим. В случае, когдатолько один узел будетподдерживать полнодуплексныйрежим, второй узел будет постояннофиксировать коллизии иприостанавливать свою работу, в товремя как другой узел будетпродолжать передавать данные,которые никто в этот момент непринимает.
Так как переход наполнодуплексный режим работытребует изменения логики работыМАС-узлов и драйверов сетевыхадаптеров, то он сначала былопробован при соединении двухкоммутаторов. Уже первые моделикоммутатора EtherSwitch компании Kalpanaподдерживали полнодуплексныйрежим при взаимном соединении,поддерживая скорость взаимногообмена 20 Мб/с.
Позже появились версииполнодуплексного соединенияFDDI-коммутаторов, которые приодновременном использовании двухколец FDDI обеспечивали скоростьобмена в 200 Мб/с.
Сейчас для каждой технологииможно найти модели коммутаторов,которые поддерживаютполнодуплексный обмен присоединении коммутатор-коммутатор.Существуют коммутаторы, которыепозволяют объединить двакоммутатора полнодуплекснымканалом более чем по одной парепортов. Например, коммутаторыLattisSwitch 28115 компании Bay Networks имеют подва порта, с помощью которых можносоединять коммутаторы, образуяполнодуплексный канал спроизводительностью 400 Мб/c (рисунок2.16).
Рис. 2.16. Транковоеполнодуплексное соединениекоммутаторов
LattisSwitch 28115 компании Bay Networks
Такие соединения называютсятранковыми и являются частнойразработкой каждой компании,выпускающей коммуникационноеоборудование, так как нарушают нетолько логику доступа кразделяемым средам, но и топологиюсоединения мостов, запрещающуюпетлевидные контуры (а такой контурвсегда образуется при соединениикоммутаторов более чем одной паройпортов). При соединениикоммутаторов разныхпроизводителей транк работать небудет, так как каждый производительдобавляет к логике изученияадресов сети коммутатором потранковой связи что-то свое, чтобыдобиться от него правильной работы.
После опробованияполнодуплексной технологии насоединениях коммутатор-коммутаторразработчики реализовали ее и всетевых адаптерах, в основномадаптерах Ethernet и Fast Ethernet. Многиесетевые адаптеры сейчас могутподдерживать оба режима работы,отрабатывая логику алгоритмадоступа CSMA/CD при подключении кпорту концентратора и работая вполнодуплексном режиме приподключении к порту коммутатора.
Однако, необходимо осознавать,что отказ от поддержки алгоритмадоступа к разделяемой среде безкакой-либо модификации протоколаведет к повышению вероятностипотерь кадров коммутаторами, а,следовательно, к возможномуснижению полезной пропускнойспособности сети (по отношению кпереданным данным приложений)вместо ее повышения.
В разделе 2.2 уже говорилось о том,что использование мостов несет всебе потенциальную угрозу потерькадров при превышенииинтенсивности входного потокапроизводительности моста.Коммутаторы встречаются саналогичной проблемой, даже если ихвнутренняя производительностьвыше, чем требуется дляобслуживания входных потоков,поступающих на каждый порт смаксимально возможной скоростью,то есть выше, чем N(C, где N - числопортов коммутатора, а С -максимальная скорость передачипакетов по протоколу,поддерживаемому коммутатором(например, 148809 кадров в секунду,если коммутатор поддерживаетпротокол Fast Ethernet на всех своихпортах).
Причина здесь в ограниченнойпропускной способности отдельногопорта, которая определяется непроизводительностью процессора,который обслуживает порт, авременными параметрами протокола.Например, порт Ethernet не можетпередавать больше 14880 кадров всекунду, если он не нарушаетвременных соотношений,установленных стандартом.
Поэтому, если входной трафикнеравномерно распределяется междувыходными портами, то легкопредставить ситуацию, когда вкакой-либо выходной порткоммутатора будет направлятьсятрафик с суммарной среднейинтенсивностью большей, чемпротокольный максимум. На рисунке2.17 изображена как раз такаяситуация, когда в порт 3 коммутаторанаправляется трафик от портов 1, 2, 4и 6, с суммарной интенсивностью в 22100 кадров в секунду. Порт 3оказывается загружен на 150%.Естественно, что когда кадрыпоступают в буфер порта соскоростью 20 100 кадров в секунду, ауходят со скоростью 14 880 кадров всекунду, то внутренний буфервыходного порта начинает неуклоннозаполняться необработаннымикадрами.
Рис. 2.17. Переполнениебуфера порта из-занесбалансированности трафика
Какой бы ни был объем буферапорта, он в какой-то момент времениобязательно переполнится. Нетрудноподсчитать, что при размере буферав 100 Кбайт в приведенном примереполное заполнение буферапроизойдет через 0.22 секунды посленачала его работы (буфер такогоразмера может хранить до 1600 кадровразмером в 64 байта). Увеличениебуфера до 1 Мбайта даст увеличениевремени заполнения буфера до 2.2секунд, что также неприемлемо.
В территориальных сетяхтехнология коммутации кадров ипакетов применяется уже оченьдавно. Сети Х.25 используют ее ужеболее 20 лет. Технологию коммутациииспользуют и новые территориальныесети, в частности сети frame relay и АТМ.В этих сетях конечные узлыподключаются к коммутаторамполнодуплексными каналами связи,такие же каналы используются и длясоединения коммутаторов междусобой. Протоколы территориальныхсетей сразу разрабатывались дляорганизации полнодуплексной связимежду узлами сети, поэтому в нихбыли заложены процедуры управленияпотоком данных. Эти процедурыиспользовались коммутаторами дляснижении интенсивностипоступления кадров на входныепорты в случае заполнениявнутренних буферов коммутаторасвыше опасного предела. В такихситуациях коммутатор направлялсоседнему узлу специальныйслужебный кадр "Приемник неготов", при получении которогососедний узел обязан былприостановить передачу кадров поданному порту. При перегрузках сетив конце концов служебные кадрыдоходили и до конечных узлов -компьютеров - которые прекращали навремя заполнять сеть кадрами, покаимеющиеся в буферах кадры непередавались узлам назначения.Вероятность потери кадров приналичии встроенных в протоколпроцедур управления потокомстановится очень небольшой.
При разработке коммутаторовлокальных сетей ситуация кореннымобразом отличалась от ситуации, прикоторой создавались коммутаторытерриториальных сетей. Основнойзадачей было сохранение конечныхузлов в неизменном виде, чтоисключало корректировкупротоколов локальных сетей. А вэтих протоколах процедуруправления потоком не было -использование общей среды передачиданных в режиме разделения времениисключало возникновение ситуаций,когда сеть переполнялась бынеобработанными кадрами. Сеть ненакапливала данных в каких-либопромежуточных буферах прииспользовании только повторителейили концентраторов.
Поэтому применение коммутаторовбез изменения протокола работыоборудования всегда порождаетопасность потерь кадров. Если портыкоммутатора работают в обычном, тоесть в полудуплексном режиме, то укоммутатора имеется возможностьоказать некоторое воздействие наконечный узел и заставить егоприостановить передачу кадров,пока у коммутатора не разгрузятсявнутренние буфера. Нестандартныеметоды управления потоком вкоммутаторах при сохранениипротокола доступа в неизменномвиде будут рассмотрены ниже.
Если же коммутатор работает вполнодуплексном режиме, топротокол работы конечных узлов, даи его портов все равно меняется.Поэтому имело смысл для поддержкиполнодуплексного режима работыкоммутаторов разработать новыепротоколы взаимодействия узлов,которые бы использовали явные истандартные механизмы управленияпотоком при сохранении неизменнымтолько формата кадров. Сохранениеформата кадров необходимо для того,чтобы к одному и тому жекоммутатору можно было быподключать новые узлы, имеющиесетевые адаптеры полнодуплексногорежима, и старые узлы или сегментыузлов, поддерживающие алгоритмдоступа к разделяемой среде.
Работа над выработкой стандартадля полнодуплексных версий Ethernet, FastEthernet и других технологий локальныхсетей идет уже несколько лет,однако на момент написания этогопособия такие стандарты пока неприняты из-за разногласий членовсоответствующих комитетов постандартизации, отстаивающихподходы фирм, в которых ониработают.
Тем не менее, каждая из крупныхкомпаний, выпускающихкоммуникационное оборудование,имеет свою версию полнодуплексныхтехнологий и поддерживает их всвоих продуктах - сетевых адаптерахи коммутаторах. Эти версиииспользуют встроенные процедурыуправления потоком. Обычно этонесложные процедуры, использующиедве команды - "Приостановитьпередачу" и "Возобновитьпередачу" - для управленияпотоком кадров соседнего узла сети.
Предыдущаяглава | Оглавление| Следующая глава
