Коммутаторы: особенности и характеристики

Министерство  образования и науки РФ

ФГОУ  СПО «Саранский государственный  промышленно-экономический  колледж» 
 

                                                                                                                        230106

                                                                                                          (шифр специальности)

                                           

КУРСОВАЯ  РАБОТА 

по дисциплине Компьютерные сети и телекоммуникации

Тема: Коммутаторы: особенности и характеристики 
 
 

СГПЭК 230106.11.15. 
 
 
 

Студент группы: ТО3А08, Корчагин А. Г.

Преподаватель: Чирочкин Е.И.

Дата защиты: _______________________                              Оценка__________ 
 
 
 

Саранск

2011

Министерство  образования и науки РФ

ФГОУ  СПО «Саранский государственный промышленно-экономический колледж» 
 

                                                                                                                       230106

                                                                                                          (шифр специальности) 
 
 
 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ 

по дисциплине Компьютерные сети и телекоммуникации

студенту группы ТО3А08, Корчагин А. Г.

Тема: Коммутаторы: особенности и характеристики

Курсовая работа выполнена  на 28 листах и включает следующие разделы:

Введение

1 Особенности сетевого коммутатора

2 Классификация современных коммутаторов

3 Характеристики коммутаторов

Заключение

Список использованных источников 
 
 
 

Дата выдачи: ________________                  Зав. отделением: ______________

Срок выполнения: ____________                  Преподаватель: _______________ 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………...5

1. Особенности сетевого коммутатора…………………………………………………10
1. Коммутатор и его роль в структуризации сети…………………………………10
2. Принцип работы…………………………………………………………………..11
2. Классификация современных коммутаторов………………………………………..14
1. По способу продвижения кадров………………………………………………...14

1. На лету……………………………………………………………………....14
2. С промежуточным хранением……………………………………………..14

2. По алгоритму принципа работы………………………………………………….15

1. Прозрачные коммутаторы…………………………………………………15

2. Коммутаторы,  реализующие алгоритм маршрутизации от источника…………………………………………………………………………….15

3. Коммутаторы, реализующие алгоритм покрывающего дерева…………16

3. По внутренней логической архитектуре………………………………………...16

1. Коммутаторы с коммутационной матрицей……………………………...16
2. Коммутаторы с общей шиной……………………………………………..17
3. Коммутаторы с разделяемой памятью……………………………………18
4. Комбинированные коммутаторы………………………………………….19

4. По области применения…………………………………………………………..20

1. Коммутаторы с фиксированным числом портов…………………………20
2. Модульные коммутаторы………………………………………………….20
3. Стековые коммутаторы…………………………………………………….21

5. Технологии коммутаторов………………………………………………………..21

1. Коммутаторы Ethernet……………………………………………………...21
2. Коммутаторы Token Ring………………………………………………….22
3. Коммутаторы FDDI………………………………………………………...23

3. Характеристики коммутаторов………………………………………………………24
1. Пропускная способность…………………………………………………………24
2. Задержка при передаче кадра…………………………………………………….24
3. Скорость продвижения кадров по сети………………………………………….25
4. Скорость фильтрации……………………………………………………………..25

Заключение……………………………………………………………………………….26

Список использованных источников…………………………………………………...27 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Введение 

       При изменении ситуации в конце 80-х — начале 90-х годов — появлении быстрых протоколов, производительных персональных компьютеров, мультимедийной информации, разделении сети на большое количество сегментов — классические мосты перестали справляться с работой. Обслуживание потоков кадров между теперь уже несколькими портами с помощью одного процессорного блока требовало значительного повышения быстродействия процессора, а это довольно дорогостоящее решение. Более эффективным оказалось решение, которое и «породило» коммутаторы (Рис. 1): для обслуживания потока, поступающего на каждый порт, в устройство ставились отдельные специализированные процессоры на каждый из портов, которые реализовывали алгоритм моста.

       

       Рисунок 1 Коммутатор

         По сути, коммутатор — это мультипроцессорный мост, способный параллельно продвигать кадры сразу между всеми парами своих портов. Но если при добавлении процессорных блоков компьютер не перестали называть компьютером, а добавили только прилагательное «мультипроцессорный», то с мультипроцессорными мостами произошла метаморфоза — они превратились в коммутаторы. Этому способствовал способ связи между отдельными процессорами коммутатора — они связывались коммутационной матрицей, похожей на матрицы мультипроцессорных компьютеров, связывающие процессоры с блоками памяти. Постепенно коммутаторы вытеснили из локальных сетей классические однопроцессорные мосты. Основная причина этого — очень высокая производительность, с которой коммутаторы передают кадры между сегментами сети. Если мосты могли даже замедлять работу сети, когда их производительность оказывалась меньше интенсивности межсегментного потока кадров, то коммутаторы всегда выпускаются с процессорами портов, которые могут передавать кадры с той максимальной скоростью, на которую рассчитан протокол. Добавление к этому параллельной передачи кадров между портами сделало производительность коммутаторов на несколько порядков выше, чем мостов — коммутаторы могут передавать до нескольких миллионов кадров в секунду, в то время как мосты обычно обрабатывали 3-5 тысяч кадров в. секунду. Это и предопределило судьбу мостов и коммутаторов. Коллективное использование многими компьютерами общей кабельной системы приводит к существенному снижению производительности сети при интенсивном трафике. Общая среда перестает справляться с потоком передаваемых кадров и в сети возникает очередь компьютеров, ожидающих доступа. Эта проблема может быть решена путем логической структуризации сети с помощью коммутатора (Рис. 2). Под логической структуризацией сети понимается разбиение общей разделяемой среды на логические сегменты, с целью локализации трафика каждого отдельного сегмента сети. При этом отдельные сегменты сети соединяют такими устройствами, как коммутаторы. Сеть, разделенная на логические сегменты, обладает более высокой производительностью и надежностью. Преимущества разбиения общей разделяемой среды на логические сегменты:

       - Простота топологии сети, допускающая легкое наращивания числа узлов;

       - Отсутствие потерь кадров из-за переполнения буферов коммуникационных устройств, так как новый кадр не передается в сеть, пока не принят предыдущий - сама система разделения среды регулирует поток кадров и приостанавливает станции, слишком часто генерирующие кадры, заставляя их ждать доступа;

       - Простота протоколов, обеспечивающая низкую стоимость коммутационного оборудования.

       

       Рисунок 2 Логическая структуризация сети с помощью коммутатора

       Так как в сети имеются группы компьютеров, преимущественно обменивающиеся информацией между собой, деление сети на логические сегменты улучшает производительность сети - трафик локализуется в пределах групп, и нагрузка на их разделяемые кабельные системы существенно уменьшается.

       Актуальность выбранной темы исследования определяется, во-первых, быстрым вхождением  локальных сетей практически во все аспекты информационной деятельности. И сетевые устройства, которые повышают производительность сети, являются неотъемлемой частью локальных сетей. Организация  локальных сетей с использованием сетевого оборудования стала нормой при проектировании крупных сетей. Эта норма вытеснила сети, построенные исключительно на основе сегментов кабеля, которыми пользуются для передачи информации компьютеры сети.

       Во-вторых, за последние несколько лет (начиная с 2006 года) именно коммутаторы стали заметно теснить маршрутизаторы с прочно завоеванных позиций. Центральное место в сети здания занимали маршрутизаторы, а коммутаторам отводилось место на уровне сети этажа. К тому же, коммутаторов обычно было немного - их ставили только в очень загруженные сегменты сети или же для подключения сверхпроизводительных серверов. Коммутаторы стали вытеснять маршрутизаторы из центра сети на периферию где они использовались для соединения локальной сети с глобальной. Центральное место в сети здания занял модульный корпоративный коммутатор, который объединял на своей внутренней, очень производительной магистрали все сети этажей и отделов. Коммутаторы потеснили маршрутизаторы потому, что их показатель "цена/производительность", оказался гораздо ниже данного показателя относительно маршрутизатора. Естественно, тенденция повышения роли коммутаторов в локальных сетях не имеет абсолютного характера. И у маршрутизаторов по-прежнему имеются свои области применения, где их применение более рационально, чем коммутаторов. Маршрутизаторы остаются незаменимыми при подключении локальной сети к глобальной.

       Цель  работы – раскрыть сущность принципа работы коммутатора, его особенности и характеристики, а также рассмотреть область его применения.

       Задачи исследовательской работы:

       - раскрыть  понятие коммутатора,  сущность принципа работы, цель  и роль его применения в  работе локальных сетей;

       - рассмотреть различные классификации  и характеристики данного устройства;

       - проанализировать актуальность и перспективы использования коммутаторов при организации локальных сетей.

       Объектом исследования является коммутатор, как одно из наиболее перспективных сетевых устройств, используемых при организации локальных сетей.

       Предметом исследования являются особенности и характеристики коммутаторов.

       Структура работы.

       В первой главе описаны особенности сетевого коммутатора, его понятие, роль в структуризации сети и принцип работы.

       Во  второй главе описана классификация  современных коммутаторов:

       - По способу продвижения кадров;

       - По алгоритму принципа работы;

       - По внутренней логической архитектуре;

       - По области применения;

       - Технологии коммутаторов.

       В третьей главе описаны характеристики коммутаторов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       1 Особенности сетевого коммутатора 

       В данной главе мы рассмотрим понятие  коммутатора, цель его использования и принцип работы. 

1. Коммутатор  и его роль в структуризации сети

 

       Коммутатор или свитч — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. Коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались. Коммутатор может объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Коммутатор делит общую среду передачи данных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов (отрезков кабеля). Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту коммутатора (Рис. 3). При поступлении кадра на какой-либо из портов коммутатор повторяет этот кадр, только на том порту, к которому подключен сегмент. Коммутатор передает кадры параллельно.