Оборудование Cisco

2.4 Коммутация с контролем фрагментов

Данный режим является еще одной альтернативой сочетания преимуществ сквозной коммутации и коммутации с промежуточным хранением. В режиме коммутации с контролем фрагментов коммутатор ведет себя так же, как и в режиме сквозной коммутации в том плане, что он не ожидает, пока будет принято все содержимое фрейма, до того, как начать перенаправление. При этом в режиме с контролем фрагментов коммутатор начинает перенаправление после получения первых 64 октетов фрейма (это значение больше, чем в режиме сквозной коммутации, что ведет к увеличению задержки). Коммутатор, работающий в режиме сквозной коммутации, позволяет защитить сегмент получателя от фрагментов фреймов, которые возникают в процессе коллизий в сетях Ethernet, работающих в полудуплексном режиме. В правильно спроектированной сети, работающей по технологии Ethernet, устройства определяют наличие коллизии до того, как станция-отправитель заканчивает передачу фрейма размером 64 байта (что определяется значением канального интервала) При обнаружении коллизии возникает фрагмент (фрейм размером меньше 64 байт). Такие фреймы не несут никакой полезной информации и отбрасываются коммутатором, работающим в режиме с промежуточным хранением. Коммутатор, работающий в режиме сквозной коммутации, осуществляет перенаправление подобного фрейма, если в нем существует адрес получателя. Поскольку коллизии могут возникать только при передаче первых 64 октетов и большинство ошибок передачи фреймов сказываются именно на этих октетах, то коммутатор, работающий в режиме с контролем фрагментов, позволяет обнаружить большинство фреймов, содержащих ошибки, и отбросить их вместо того, чтобы осуществлять их передачу дальше. В режиме с контролем фрагментов задержка передачи фреймов выше, чем в режиме сквозной коммутации, поскольку коммутатор должен ожидать, пока не будут приняты дополнительные 58 байт, до того, как начать передачу фрейма. Как было описано выше в разделе, посвященном режиму коммутации с промежуточным хранением, преимущества режима с контролем фрагментов становятся незначительными при использовании высокоскоростных сетей и быстрых процессоров для обработки фреймов в коммутаторах[2].

 

 

 

3 ПРИМЕНЕНИНЕ ОБОРУДОВАНИЯ CISCO В ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЯХ

3 Применение Cisco на примере Token Ring

Коммутация в сетях Token Ring позволяет получить большинство  тех преимуществ, которые предоставляются  за счет применения коммутации в сетях Ethernet. Наиболее существенное из указанных  преимуществ — это обеспечение  большей пропускной способности благодаря сокращению размеров домена Token Ring. В самом крайнем случае наименьшему домену Token Ring соответствует одна рабочая станция на выделенном порту коммутатора. Применение коммутаторов Catalyst для коммутации в сетях Token Ring позволяет создавать два виртуальных объекта: функцию виртуального концентратора Token Ring (Token Ring Concentrator Relay Function — TrCRF), упоминавшуюся выше, и функцию виртуального моста Token Ring (Token Ring Bridge Relay Function — TrBRF). Метод коммутационного перенаправления от отправителя, который описан в разделе "Коммутационное перенаправление от отправителя", обеспечивает поддержку трансляции фреймов между портами, принадлежащими одному кольцу, или выполняет функции TrBRF для передачи другому виртуальному устройству, выполняющему функцию TrCRF. При использовании коммутаторов Catalyst сетевой администратор может определить принадлежность нескольких портов к одному виртуальному концентратору — использовать так называемую службу виртуального концентратора сети Token Ring (Token Ring Concentrator Relay Function — TrCRF). Еще одна функция, выполняемая коммутатором Catalyst в сетях Token Ring — это защита от ошибок конфигурации, связанных с дублированием колец, связанных с другими коммутаторами Catalyst. Появление подобной ошибки конфигурации какой-либо реальной ситуации может привести к неправильному функционированию сети Token Ring. Протокол дублирующих колец (Duplicate Ring Protocol — DRiP) описан в разделе "Протокол дублирующих колец (DRiP)"[3].

3.2 Служба виртуального концентратора Token Ring (TrCRF)

В сетях, работающих по технологии Token Ring, станции соединяются друг с другом с помощью модуля множественного доступа (Multistation Access Unit — MAU), который обеспечивает функционирование сети с физической топологией типа звезда. Устройства MAU являются концентраторами, которые поддерживают работу кольца и обеспечивают передачу маркеров и фреймов между рабочими станциями, подключенными к кольцу. Все станции, подключенные к одному модулю множественного доступа, совместно используют маркер и пропускную способность среды передачи. При использовании коммутаторов Catalyst сетевой администратор может определить принадлежность нескольких портов к одному виртуальному концентратору — использовать так называемую службу виртуального концентратора сети Token Ring (Token Ring Concentrator Relay Function — TrCRF). Все порты, назначенные для выполнения функции TrCRF, соответствуют одному номеру кольца. Однако, несмотря на такую возможность, все станции, подключенные к заданным портам, могут использовать полную пропускную способность физической среды передачи и никак не воспринимают того факта, что к их кольцу подключены также и другие станции. Служба TrCRF определяет соответствие между номерами портов и номером кольца. В сети, проиллюстрированной на рисунке 4, показан коммутатор Catalyst, в котором определены четыре службы TrCRF для объединения четырнадцати портов.

Рисунок 4 - Службы TrCRF для объединения портов

В общем случае одна служба TrCRF может быть сконфигурирована только в одном коммутаторе Catalyst, т.е. одна функция TrCRF не может выходить за пределы одного коммутатора. Такая служба называется нераспределенной службой TrCRF. Исключением из определения является стандартная служба TrCRF (default TrCRF), которая позволяет включать несколько коммутаторов Caralyst и поэтому называется распределенной службой TrCRF. Дублирующая (backup) служба TrCRF также может перекрывать несколько коммутаторов Catalyst. Стандартная служба TrCRF назначает все порты в принадлежность одному кольцу без участия администратора. Пользователи могут подключать устройства к любому порту коммутатора Catalyst и обмениваться информацией. Фундаментальные аспекты технологий локальных сетей ей со всеми станциями в сети с распределенной службой TrCRF. Применение стандартной функции TrCRF позволяет сети, содержащей несколько коммутаторов Catalyst, работать как одно гигантское кольцо Token Ring, содержащее в себе все коммутаторы. Такой подход также обеспечивает поддержку коммутаторами Catalyst возможности готовности к немедленному использованию (plug-and-play) в сетях Token Ring. При конфигурации службы TrCRF необходимо определить номер кольца, номер сети VLAN и связать их с родительской (parent) службой TrBRF (служба TrBRF описана в следующем ниже разделе). Вышестоящей службе TrBRF соответствует номер сети VLAN, который является идентификатором, используемым для связи функций TrBRF и TrCRF. Кроме указанных операций необходимо также определить, будет ли служба TrCRF работать в режиме SRB или SRT. При не указанном режиме функционирования (т.е. стандартно) служба TrCRF будет работать в режиме SRB[4].

3.3 Служба виртуального моста Token Ring (TrBRF)

Служба виртуального моста Token Ring (Token Ring Bridge Relay Function — TrBRF) позволяет коммутатору функционировать в качестве многопортового моста и соединять кольца. Служба TrBRF определяет связь функций TrCRF с мостом. Каждая служба TrCRF принадлежит только одной вышестоящей службе TrBRF, при этом одному вышестоящему мосту могут принадлежать несколько служб TrCRF. На рис.4.1.например, показано более одной службы TrCRF, которые принадлежат одной службе TrBRF. Службы TrCRF соединяются посредством служб TrBRF таким же образом, как кольца соединяются с помощью мостов, работающих по методу мостового перенаправления от отправителя или по методу мостового прозрачного перенаправления от отправителя, которые были описаны выше. В отличие от TrCRF служба TrBRF может перекрывать более одного коммутатора Catalyst, как показано на рисунке 5. Данное свойство позволяет нескольким службам TrCRF, которые сконфигурированы на различных коммутаторах Catalyst, принадлежать одному мосту.

Рисунок 5 - Распределение служб TrBRF между коммутаторами Catalyst

Включение службы TrBRF требует  присвоения номера сети VLAN для моста. Номер сети VLAN службы TrBRF используется с номером сети VLAN службы TrCRF для создания взаимосвязи между вышестоящими и нижестоящими службами. Поскольку служба TrCRF должна быть связана с функцией TrBRF, то стандартная служба (default TrCRF) принадлежит стандартной службе TrBRF (default TrBRF). Для конфигурирования коммутатора Token Ring с поддержкой служб TrBRF и TrCRF, отличающимися от стандартных, необходимо вначале сконфигурировать функцию TrBRF, затем TrCRF и в конце добавить порты в соответствующие службы TrCRF. Для фигурации сети, необходимо произвести операции, которые перечислены ниже.

1. cконфигурировать службу TrBRF, показанную вверху рисунка. Для этого необходимо задать номер моста и номер сети VLAN:

Console> (enable) set vlan 100 type trbrf bridge;

2. определить службы TrCRF, показанные внизу рисунка. Для этого необходимо указать номер сети VLAN, номер кольца, тип моста и вышестоящую службу TrBRF, например:

Console> (enable) set vlan 110 type trcrf parent 100 ring 10;

3. после создания служб TrCRF связать порты с соответствующими службами TrCRF;

3.4 Коммутационное перенаправление от отправителя

Метод коммутационного  перенаправления от отправителя  включает в себя механизмы обработки  трафика в сетях Token Ring с использованием мостов. Режим работы в таком случае определяется, исходя из положения устройств отправителя и получателя по отношению к службе, выполняющей роль моста. Коммутатор, использующий метод коммутационного перенаправления от отправителя (Source Route Switch — SRS), принимает решение о том, нужно ли использовать метод мостового прозрачного перенаправления для доставки фрейма в пределах одной службы TrCRF или использовать метод мостового перенаправления от отправителя для доставки фреймов к другим службам TrCRF. Когда станция, подключенная к порту коммутатора, передает данные другой станции, находящейся на другом порту коммутатора, но при этом обе станции принадлежат одной службе TrCRF, то коммутатор SRS осуществляет перенаправление фрейма на основании МАС-адреса станции-получателя. При этом SRS-коммутатор запоминает МАС-адрес станции-отправителя и осуществляет перенаправление по тем же правилам, что и мост, работающий по методу мостового прозрачного перенаправления[5]. Однако, если станция-отправитель и станция-получатель принадлежат различным кольцам Token Ring, то станция-отправитель вводит поле RIF в фрейм. Коммутатор SRS просматривает поле RIF и передает фрейм в службу виртуального моста (bridge relay function), которая осуществляет перенаправление фрейма. Несмотря на то, что описанный принцип работы очень похож па принцип работы моста по методу мостового перенаправления от отправителя, между устройствами SRS и SRB существуют характерные отличия. Когда станция передает фрейм ARE, мост, работающий по методу SRB, осуществляет модификацию поля RIF такого фрейма для указания соответствующих номеров колец и мостов. Коммутатор, работающий по методу SRS, никогда не изменяет поля R1F, он только просматривает его. Когда отправитель отправляет поисковый фрейм маршрутов, то его бит R11 устанавливается равным 1, что указывает на наличие поля R1F. В таком случае инспекция поля RIF поискового фрейма показывает, что оно является пустым. Коммутатор SRS определяет, что бит RII установлен в 1, и перенаправляет фрейм на обработку службе TrBRF без изменений. Устройство SRS при этом как бы говорит: "Этот фрейм рассчитан на применение мостового перенаправления от отправителя, его лучше отправить службе TrBRF и пускай мост им и занимается". В отличие от описанного выше процесса мост, использующий метод SRB, или служба TrBRF вносит изменения в поле R1F поискового фрейма, указывая в нем номера мостов и колец.

"Сегментация локальных  сетей", были описаны широковещательные  домены и было сказано, что  один широковещательный домен  соответствует одной виртуальной  локальной сети VLAN. Широковещательный домен определяет границы сети, в которых осуществляется передача или перенаправление широковещательных фреймов. Границы такого домена заканчиваются на интерфейсах маршрутизаторов и включают в себя набор виртуальных мостов, соединенных между собой. Сложность сети Token Ring вносит некоторую неясность в определение сетей VLAN. В сети, где используется метод мостового перенаправления от отправителя, реально применяются два типа широковещательных запросов: запросы, распространяющиеся внутри колец (intra-ring) и запросы, распространяющиеся между кольцами (inter-ring). Устройства в сети генерируют широковещательные запросы для распространения информации внутри кольца в тех случаях, когда широковещательный фрейм не содержит поля RIF, и бит RII при этом равен 1. Станция может использовать такой метод, когда есть необходимость определить, находится ли станция-получатель в том же кольце, что и станция-отправитель. Коммутатор SRS транслирует такие фреймы во все порты, объединенные службой TrCRF. Такие фреймы не обрабатываются службами TrBRF. В отличие от описанного выше процесса, широковещательные запросы, предназначенные для распространения между кольцами, содержат бит RII, значение которого равно 1, что позволяет фрейму пересекать границы колец. Служба TrBRF осуществляет перенаправление таких фреймов во все кольца, т.е. все кольца получают копию фрейма. На рисунке 6 показаны границы сетей VLAN для технологии Token Ring.

Рисунок 6 - Границы сетей VLAN в сетях Token Ring

В сети могут присутствовать широковещательные запросы, рассчитанные на передачу как внутри колец, так и между кольцами. Какие из них фактически определяют границы сетей VLAN? Сети VLAN в технологии Token Ring включают в себя службы TrBRF и TrCRF, а их границы определяются там, где сеть Token Ring должна подключаться к маршрутизатору.

3.5 Протокол дублирующих колец (DRiP)

В сетях, использующих технологию Token Ring, каждое кольцо имеет свой уникальный номер, который идентифицирует кольцо в процессе мостового перенаправления от отправителя. Точно так же в коммутируемых сетях Token Ring все службы TrCRF, за исключением стандартной и дублирующей TrCRF, как упоминалось выше, должны иметь свой уникальный номер. Если администратор ошибется при конфигурации и укажет несколько колец с одним номером, как показано на рисунке 7, то процесс коммутации в сети Token Ring будет работать с ошибками.

Рисунок 7 - Данную конфигурацию использовать нельзя, дублирование номеров колец в сетях Token Ring запрещено

Для ослабления эффектов, связанных с дублированием номеров колец в коммутируемой сети, корпорация Cisco разработала собственный протокол для обнаружения и обработки описанной выше ситуации. Согласно правилам протокола дублирующих колец (Duplicate Ring Protocol — DRiP), устройства отправляют сообщения с адресом многоадресатной рассылки 01-00-ОС-СС-СС-СС-СС всем соседним устройствам, анонсируя информацию об устройстве-отправителе. Стандартно такие анонсы отправляются каждые 30 с или в случае существенных изменений конфигурации сети. Анонсы по протоколу DRiP передаются только по соединениям ISL (Inter Switch Link — межкоммутаторные каналы), и их распространение ограничено только сетью VLAN1 — стандартной виртуальной локальной сетью. Коммутатор Catalyst, который получает данную информацию, сравнивает ее со своей локальной конфигурацией. Если пользователь пытается сконфигурировать сеть VLAN в сети Token Ring, которая уже существует на другом коммутаторе Catalyst, то локальный коммутатор запрещает подобную конфигурацию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

С появлением технологий коммутации и особенно чрезвычайно удачных коммутаторов Catalyst производства корпорации Cisco Systems множество корпораций по всему миру начало модернизировать свои сетевые инфраструктуры для работы с приложениями, требующими высокой пропускной способности сети. Несмотря на то, что первоначальной целью большинства коммутируемых сетей было главным образом обеспечение высокой пропускной способности, от современных сетей в большей степени требуется обеспечение работы критически важных приложений и новых приложений, работающих по технологии IP Voice1, чем обеспечение пропускной способности магистрального канала. Поэтому важно не только использовать преимущества коммутаторов Catalyst в пропускной способности, но также изучить принципы построения сетей для передачи голосовой информации с использованием всех возможностей программного обеспечения коммутаторов Catalyst.

Единственная вещь, которую  разработчик сети усвоил за многие годы — это факт, что устройства не становятся проще, особенно если приходит время разбираться и использовать новые технологии, которые становятся доступными в качестве стандартов или о которых пишут в отраслевых журналах.. Ключевым моментом для успешного построения и обслуживания сети является понимание фундаментальных основ наиболее распространенных технологий, знание того, где и как данные технологии можно применить наиболее эффективно, и самое главное — умение использовать успешный опыт других по построению и использованию сетей.

Таким образом, возникает следующая проблема: если сеть была построена и ее производительность была оптимизирована только под определенные задачи, то несколько месяцев спустя появление новых приложений выдвигает абсолютно другие требования к сети. Научная основа построения территориальных сетей базируется на нескольких принципах. Во-первых, каждый пользователь подключается к порту коммутатора и каждый кабельный узел связан с коммутатром Catalyst, как, например, с устройством модели 5000, которое обеспечивает взаимодействие между конечными пользователями по сети Ethernet со скоростью 10 Мбит/с или чаще всего 100 Мбит/с. Тип коммутации, с которым приходится иметь дело в подобных ситуациях, называется коммутацией второго уровня (Layer 2 switching). Как правило, на практике стоит задача соединения друг с другом десятков или даже сотен кабельных узлов. Существует множество способов осуществления подобных соединений, но как показывает опыт, структурный иерархический подход оказывается наилучшим решением для создания сетей, которые устойчиво работают и легко масштабируются.