Fast Ethernet в мережах робочих груп

Основною областю застосування Fast Ethernet – це робочі групи. Не слід міняни 10 Base T на Fast Ethernet там, де є комп’ютери із повільними системними шинами. Шина 133Мб/сек. – повільна шина. Все сучасне мережне обладнання універсальне (10/100).

Fast Ethernet в магістралях будинків і каМпусів

Кількість вузлів в сучасних корпоративних мережах досягає кількох сотень. Мережі будинків і великих поверхів зараз практично не буває без використання комутатора, тому обмеження на мах. діаметр мережі в 250-270м. Легко долається шляхом з’єднання комутатор-комутатор, що дозволяє продовжити мережу до 412м. при напів - дуплексному зв’язку та оптоволокні і до 2 км. при повно дуплексному зв’язку та оптоволокні. Основні фактори, які стримують застосування технології Fast Ethernet на магістралях, це:

1) широке застосування в теперішній час технології FDDI - це кільцева маркерна технологія на оптоволокні, вона була перша яка використовує оптоволокно і тому поширена.

2) Відсутність в технології Fast Ethernet засобів підтримки трафіка реального часу.

Комутація кадрів (frame Switching) в локальних мережах

Повторювачі і концентратори локальних мереж реалізовують базові технології розроблені для середовищ передачі даних, які розділяються. В такій технології всі комп’ютери розділяють в часі єдиний анал зв’язку утворений сегментами кабелів. При передачі довжина комп. кадра даних всі інші комп. приймають його по спільному кабелю, знаходячись з передавачем у постійному побітному синхронізмі, має місце явище колізії, яке досить успішно обробляється. Але розділене середовище передавання даних має суттєві переваги:

· простота топології мережі;

· гарантія доставки кадра адресату при збереженні обмежень стандарта і коректно працюючій апаратурі;

· простота протоколів, яка забезпечує низьку вартість мережних адаптерів (hub, switch-ей) .

Технологія комутованих сегментів Еthernet була запропонована у 1990р. фірмою Kolpana як відповідь на необхідність підвищити перепускну здатність звуків високопродуктивних серверів з сегментами робочих станцій.

Технологія комутованих кадрів ґрунтується на від використання розділяємих ліній зв’язку між усіма вузлами сегмента і використання комутаторів, які дозволяють одночасно передавати пакети між усіма його парами портів. Функціонально багато портовий комутатор працює на анальному рівні, аналізує заголовок кадрів автоматично будує таблиці адрес і ґрунтуючись на цій таблиці перенаправляє кадр в один із своїх вихідних портів, або фільтрує його вилучаючи із буфера комутовані кадри, що надходять в комутатор оброблення паралельно, а кадри, які надходять на міст оброблення кадрів за кадром – відмінності комут. від моста. Комутація звичайно має декілька внутрішніх процесів обробки кадрів – внутрішній паралелізм. Структурна схема комутації ф. Kolpana EthernetSwitch така:

Кожний порт обслуговується таким процесором, а системний модуль координує роботу всіх процесорів. Системний модуль веде спільну адресну таблицю комутатора і забезпечує керування комутатором за протоколом SNMP. Для передачі кадрів між портами використовується комутаційна матриця того типу, які працюють у мультипроцесорних комп’ютерах з’єднуючи декілька процесорів з декількома модулями комп’ютерів. При надходженні кадра в довільний порт процесора ЕРР буферизує декілька перших байт кадра для того, щоб прочитати курс-призначення. Після її отримання процесор одразу приймає рішення про передачу пакета, не очікуючи надходження інших байт кадра. Для того він проглядає свій власний кеш адресної таблиці і якщо не знаходить там потрібної адреси, звертається до системного модуля, який працює в багатозадачному режимі паралельно обслуговуючи запити всіх процесорів ЕРР. Системний модуль виконує перегляд спільної адресної таблиці і повертає процесору знайдений рядок, який той буферизує в своєму кеші для наступного використання. Після знаходження адреси призначення в адресній таблиці, процесор ЕРР знає, що треба далі робити з кадром, який надходить, а під час перегляду адреси таблиці процесор продовжує буферизацію байт кадра, які надходять у порт, якщо кадр треба відфільтрувати, то процесор просто припиняє записувати у буфер байта кадра і очікуює надходження нового кадра. Якщо кадр треба передати на інший порт, то процесор звертається до комутаційної матриці і намагається встановити в ній шлях , який зв’язує його порт з портом адреси призначення. Комутаційна матриця може зробити це тільки в тому випадку, коли порт адреси призначання в цей момент вільний, тобто не з’єднаний з іншим портом. Якщо порт зайнятий, то кадр повністю буферизується процесором вхідного порту і утворення комутаційною матрицею потрібного шляху. Після того як потрібний шлях встановлено, в нього направляються буферизовані байти кадра, які сприймаються процесором вихідного порта і після отримання цим портом доступу до середовища, передаються в мережу.

Передача кадра через комутаційну матрицю

Процесор вхідного порту постійно зберігає декілька байтів кадра , шо приймаються в своєму буфері , шо дозволяє йому незалежно і асинхронно приймати і передавати байти кадра. При вільному, в момент прийому кадра, стані вихідного порту затримка між прийомом першого байта кадра комутатора і появою того ж байта на виході порта адреси призначення складає приблизно 40 мкс. Такий спосіб передачі кадра без його повної буферизації називається комутацією на льоту(on the fly)/ Це по суті конвеєрна обробка кадра, коли частково суміщаються в часі декілька етапів передачі кадра. Етапи такої комутації:

1. Сприймання 1-го байта кадра процесора вхідного порта включаючи сприймання байт адрес призначення.

2. Пошук адреси призначення в адресній таблиці комутатора, яка може знаходитись в кеші процесора, або в спільній таблиці системного модуля

3. комутація матриці

4. Спиймання інших байт кадра процесором вхідного порта

5. Сприймання байт кадра,включаючи перші, процесором вихідного порта через комутаційну матрицю.

6. отримання доступу ло середовища передаваня процесором вихідного порту.

7. Передача байт кадра процесором вихідного порту в мережу.

2-й і 3-й етапи сумістити неможливо, оскільки без знання номера вихідного порта комутація вихідної матриці немає сенсу, і основна причина чому підвищується продуктивність мережі в цілому – паралельна обробка декількох кадрів + конвеєризація.

Мережа Ethernet більше від інших потерпала від збільшення часу очікування доступу до середовища при зростанні завад сегмента мережі. Через це виникали колізії. Комутатори знайшли застосування в Ethernet. Розлянемо можливість паралельної обробки декількох кадрів комутатором :

Тут показана ідеальна з точки зору підвищення продуктивності мережі, коли 4 порти з 8-ми передають дані з швидкістю 100 Мбіт\сек. Передача відбувається без колізії. Якщо комутатор встигає обробити вхідний трафік навіть при максимальній інтенсивності надходження кадрів на вхідні порти, то загальна продуктивність для цього прикладу 4*100=400 мбіт/сек,а для N портів(N/2)*100 Мбіт/сек.

Кажуть шо комутатор надає кожній станції або сегменту , підключеному до його портів виділену перепускну здатність протоколу. Розробники комутаторів пропонують неблокуючі комутатори, тобто такі, які передають кадри через свої порти з такою самою швидкістю, з якою вони до них надходять.

Перш за все необхідно виконати умову: С_k=(S_I*Cp_i )/2.

Де С_k – продуктивність комутатора , Cp_i -макс. Продуктивність протокола, який підтримується і-м портом комутатора.

Якшо порт в комутаторі працює працює в Half duplex для звичайного Ethernet це 10 мбіт/сек, то продуктивність порта буде дорівнювати 10 мбіт/сек. Якщо в повнодуплексному,то продуктивнсть порта 20 мбіт. Іноді комутатор підтримує миттєвий неблокуючий режим – це означає, що він може приймати і обробляти кадри від всіх своїх портів на макс швидкості протоколів, незалежно від того , забеспечується чи ні умова стійкості рівноваги між вхідним і вихідним трафіком. При цьому обробка деяких кадрів може бути неповною, оскільки при зайнятості вихідного порта кадр розміщується в буфер комутатора. В такому випадку С_k=(S_I*Cp_i ). Зручність комутатора ще в тому, що це пристрій, якій сам навчається, конфігурувати його необовязково. Оскільки комутатор – це складний обчислювальний пристрій, які й має декілька процесорних модулів, то природньо навантажити його додковими фукнціями корисними при побудові гнучких мереж. Одна з таких фнукцій – це підтримка алгоритму покриваючого дерева.