Вопрос 9: «Разбиение сети на сегменты. Типичные схемы построения многосегментных LAN»

Необходимость разбиения на сегменты: перегрузка сети (высокий траффик, большое количество узлов приводит к задержкам), необходимость создания более гибкой структуры, необходимость повышения безопасности путем ограничения зоны распространения фреймов.

Типичная многосегментная сеть строится на основе магистрали (Backbone), к которой через коммуникационное оборудование подключатся сегменты и разделямые ресурсы (принтеры). Backbone также представляет собой отдельный сегмент.

Физическая структуризация сети: (не локализуют трафик)

Повторители. Физическое соединение сегментов для увеличения общей длины сети. Усиливают и нормализуют сигнал, повторяя на другом сегменте.

Концентраторы(хабы). Многопортовый повторитель. Все соединенные между собой при помощи концентраторов узлы находятся в одном сегменте (для Ethernet – домен коллизий). Узлы сегмента имеют общий трафик. Бывают – неинтеллектуальные и интеллектуальные. Первые помимо основных функции имеют след возможности:

1). наличие портов различных технологий одного MAC-протокола, что позволяет, например, объединить в одном сегменте шину на коаксиале и группу узлов с подключением на кабеле типа UTP в виде звезды. Наиболее часто такие устройства имеют 8, 12,16,24,32,48 порта для подключения витой пары и один или несколько BNC-разъемов для подключения участков на коаксиальном кабеле.

2). Общая диагностика устройства и автоматическая диагностика состояния канала и отключение порта при повреждении; 3). Удаленное управление устройством, включая дистанционное включение и отключение портов.

Логическая структуризация осуществляется за счет фильтрации на канальном уровне на основе данных об адресах источника и назначения. Позволяет локализовать трафик в сегменте.

Мост. Делит разделяемую среду передачи на сегменты, передавая И из одного сегмента на другой только, если аппаратный адрес узла назначения принадлежит данному сегменту. Локализует трафик сегмента, повышая общую произ-ть сети. Не допускает образования замкнутых контуров.

Мосты выпускаются двух видов:

1). С маршрутизацией на канальном уровне (только если маршрутизирующая информация содержится во фрейме). Если мост имеет несколько портов и сеть содержит множество мостов, то каждый мост может выбрать оптимальный путь передачи фрейма через серию мостов до узла-получателя.

2). С прозрачной передачей фреймов.

По принципу действия мосты делятся на два типа:

1). Инкапсулирующие. Фрейм одного канального уровня упаковывается во фрейм другого. По прохождении сети второго типа другой мост вытаскивает исходный фрейм. Для узлов промежуточной сети фреймы недоступны.

2). Транслирующие. Вытасткиваеют данные из фрейма одного канального уровня и упаковывают его во фрейм другого протокола. Для обеспечения равной (по сравнению с инкапсулирующими мостами) производительности требуется большая мощность аппаратуры. Такие мосты более дорогие, однако фреймы доступны всем сегментам сети.

Коммутатор. Многопортовое устройство, где каждый порт реализует функции моста независимо от других портов, что позволяет обрабатывать данные параллельно.

В последнее время распространены три основные архитектуры: на основе коммутационной матрицы, на основе разделяемой памяти, на основе разделяемой шины.

Самым простым из них является коммутация на разделяемой шине. Все порты разделяют во времени доступ к одной шине поочередно. При поступлении фрейма во входной буфер анализируется адрес получателя, после чего производятся два подключения к шине – входного буфера и буфера того порта, к которому подключен получатель. Как правило шина обладает достаточно высоким быстродействием, чтобы обеспечить коммутацию портов без задержки для сегментов.

Коммутационная матрица является самым быстрым способом коммутации. Архитектурно коммутационная матрица похожа на шинную схему с той разницей, что для коммутации используется набор из нескольких шин (по количеству до общего числа портов). Однако с ростом числа портов возрастает сложность аппаратуры, а следовательно и стоимость устройства.

Одним из лучших по соотношению производительности и цены является коммутация с разделяемой памятью. При этом приходящий фрейм считывается в некоторую область памяти, затем анализируется (разбирается МАС-адрес получателя), после чего менеджер памяти производит подключение к этой области памяти нужного выходного буфера.

По принципу операции коммутации все коммутаторы можно подразделит на коммутаторы с коммутацией «на лету»(коммутация после получения адреса; задержка ок 40 мкс) и коммутаторы с буферизацией (200 мкс ).

Однако несмотря на более высокую производительность коммутаторы с коммутацией «на лету» не исключают распространение между сегментами поврежденных фреймов. Коммутаторы с буферизацией, получив такой фрейм, не производят коммутацию, а уничтожают поврежденный фрейм, исключая возникновение сбоя в сегментах.

Основными характеристиками мостов и коммутаторов, на которые следует обращать внимание при выборе оборудование являются скорость фильтрации (fps), пропускная способность (bps), размер таблицы фильтрации. Для скорости и пропуск способности обычно указываются 2 показателя – для кадров мин и макс длины.

Размер таблицы фильтрации определяет, какое количество МАС-адресов может обслуживать устройство. Если таблица фильтрации меньше, чем количество узлов, некоторые узлы не смогут передавать фреймы в другие сегменты.