Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet
Download as PPTX, PDF0 likes1,025 views
Документ описывает технологии Ethernet, включая классический и коммутируемый Ethernet, их преимущества и недостатки. Обсуждаются технические аспекты, такие как методы доступа к сети, проблемы коллизий и различные типы коммутации. Также рассматриваются высокоскоростные версии Ethernet и причины, по которым данная технология стала доминирующей в локальных сетях.
Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet
- 1. Сети и системы телекоммуникаций Коммутируемый Ethernet ИМКН УрФУ
- 2. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Классический и коммутируемый Ethernet Концентратор и коммутатор Основы коммутации Скоростные версии Ethernet План 2
- 3. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Классический Ethernet • Исторически появился первый • Разделяемая среда • Метод CSMA/CD Коммутируемый Ethernet • Новая усовершенствованная технология • Нет разделяемой среды • Нет коллизий Типы Ethernet 3
- 4. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Плохая масштабируемость: • Сеть становится неработоспособной при загрузке общей среды больше, чем на 30% • Работоспособное количество компьютеров - 30 При увеличении скорости передачи уменьшается длина сети: • Сокращается время оборота Разное время доставки кадра: • Причина – коллизии • Плохо для трафика реального времени Низкая безопасность: • Данные в разделяемой среде доступны всем Недостатки классического Ethernet 4
- 5. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Сохранение метода CSMA/CD • Увеличение скорости • Добавление коммутируемого Ethernet • Результат: FastEthernet (IEEE 802.3u) Усовершенствование метода доступа к разделяемой среде: • Приоритетный доступ по требованию • Разработчики: HP и AT&T • Результат: 100VG-AnyLAN (IEEE 802.12) • Не используется на практике Пути развития Ethernet 5
- 6. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Причина проблем классического Ethernet – разделяемая среда передачи данных Решение проблемы: • Избавляемся от разделяемой среды • Используем соединения точка-точка Для этого применяются специальные устройства – коммутаторы (switch) Коммутация 6
- 7. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Концентратор (hub) Топология – общая шина Физический уровень Концентратор и коммутатор 7 Коммутатор (switch) Полносвязная топология Канальный уровень
- 8. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Концентратор работает на физическом уровне • Выполняет электрическое соединение • Не вникает в содержание кадров Коммутатор работает на канальном уровне: • Анализирует содержимое кадров • Извлекает адрес получателя • Передает кадр только одному получателю Концентратор и коммутатор 8
- 9. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Мост – устройство для объединения нескольких сетей • Предшественник коммутатора • Алгоритм прозрачного моста Прозрачный мост: • Не заметен для сетевых устройств • Не требует настройки Сетевой мост 9
- 10. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Коммутатор: • Мост с большим количеством портов • Алгоритм работы как у моста Порты коммутатора не имеют своих MAC-адресов • Коммутатор принимает все кадры, поступающие на порт • Маршрутизаторы такие адреса имеют Коммутатор знает, какие MAC-адреса к какому порту подключены Алгоритм прозрачного моста 10
- 11. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Содержит данные о доступности MAC-адресов через порты коммутатора В реальности таблица устроена более сложно Таблица коммутации 11 Порт коммутатора MAC-адрес 1 1C-75-08-D2-49-45 2 00-02-B3-A7-49-D1 3 00-04-AC-85-E7-03
- 12. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Типы записей в таблице коммутации: • Статические – создаются вручную администраторами • Динамические – создаются автоматически Алгоритм обратного обучения (backward learning): • Коммутатор принимает все кадры, поступающие на порт • По адресу отправителя в кадре коммутатор узнает, какие компьютеры подключены к порту Таблица коммутации 12
- 13. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Алгоритм обратного обучения 13 Порт MAC-адрес 1 ??? 2 ??? 3 ??? … Таблица коммутацииКоммутатор
- 14. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Алгоритм обратного обучения 14 Порт MAC-адрес 1 ??? 2 ??? 3 ??? … Таблица коммутацииКоммутатор Кадр
- 15. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Алгоритм обратного обучения 15 Порт MAC-адрес 1 ??? 2 ??? 3 ??? … Таблица коммутацииКоммутатор Кадр Адрес получателя Адрес отправителя 00-02-B3-87-A0-E6 Тип 0800 ДанныеАдрес получателя 54-BE-F7-88-15-47
- 16. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Алгоритм обратного обучения 16 Порт MAC-адрес 1 ??? 2 ??? 3 ??? … Таблица коммутацииКоммутатор Кадр Адрес получателя 54-BE-F7-88-15-47 Адрес отправителя 00-02-B3-87-A0-E6 Тип 0800 Данные
- 17. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Алгоритм обратного обучения 17 Порт MAC-адрес 1 ??? 2 ??? 3 00-02-B3-87-A0-E6 … Таблица коммутацииКоммутатор Кадр Адрес получателя 54-BE-F7-88-15-47 Адрес отправителя 00-02-B3-87-A0-E6 Тип 0800 Данные
- 18. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Алгоритм прозрачного моста 18 Порт MAC-адрес 1 1C-75-08-D2-49-45 2 00-02-B3-A7-49-D1 3 00-04-AC-85-E7-03 … Таблица коммутацииКоммутатор
- 19. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Алгоритм прозрачного моста 19 Порт MAC-адрес 1 1C-75-08-D2-49-45 2 00-02-B3-A7-49-D1 3 00-04-AC-85-E7-03 … Таблица коммутацииКоммутатор Кадр
- 20. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Алгоритм прозрачного моста 20 Порт MAC-адрес 1 1C-75-08-D2-49-45 2 00-02-B3-A7-49-D1 3 00-04-AC-85-E7-03 … Таблица коммутацииКоммутатор Кадр Адрес получателя 00-02-B3-A7-49-D1
- 21. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Алгоритм прозрачного моста 21 Порт MAC-адрес 1 1C-75-08-D2-49-45 2 00-02-B3-A7-49-D1 3 00-04-AC-85-E7-03 … Таблица коммутацииКоммутатор Кадр Адрес получателя 00-02-B3-A7-49-D1
- 22. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Алгоритм прозрачного моста 22 Порт MAC-адрес 1 1C-75-08-D2-49-45 2 00-02-B3-A7-49-D1 3 00-04-AC-85-E7-03 … Таблица коммутацииКоммутатор Кадр
- 23. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Алгоритм прозрачного моста 23 Порт MAC-адрес 1 1C-75-08-D2-49-45 2 00-02-B3-A7-49-D1 3 00-04-AC-85-E7-03 … Таблица коммутацииКоммутатор Кадр
- 24. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Алгоритм прозрачного моста 24 Порт MAC-адрес 1 1C-75-08-D2-49-45 2 00-02-B3-A7-49-D1 3 00-04-AC-85-E7-03 … Таблица коммутацииКоммутатор Кадр Адрес получателя 54-BE-F7-88-15-47
- 25. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Алгоритм прозрачного моста 25 Порт MAC-адрес 1 1C-75-08-D2-49-45 2 00-02-B3-A7-49-D1 3 00-04-AC-85-E7-03 … Таблица коммутацииКоммутатор Кадр Кадр
- 26. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Коммутатор получает кадр на порт с номером N и читает MAC-адрес получателя Коммутатор проверяет, есть ли MAC-адрес в таблице коммутации Если адрес есть, то коммутатор пересылает кадр на тот порт, через который доступен данный адрес Если адреса нет, то коммутатор передает кадр на все порты, кроме N Алгоритм прозрачного моста 26
- 27. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Бывают ли коллизии в коммутаторах? Коммутатор и коллизии 27
- 28. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Бывают ли коллизии в коммутаторах? К каждому порту коммутатора подключен только один компьютер/коммутатор: • Полный дуплекс – коллизии не возникают • Полудуплекс – коллизия может возникнуть, если компьютер и коммутатор одновременно решат передавать данные К порту коммутатора подключен концентратор: • Общая среда передачи, подключенная к порту коммутатора • Коллизии возникают, как в классическом Ethernet Коммутатор и коллизии 28
- 29. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Сквозная (напролет, в реальном времени, on the fly) C промежуточной буферизацией (с запоминанием, store-and-forward) Параллельная коммутация Типы коммутации 29
- 30. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Коммутатор начинает принимать кадр на одном из портов Сквозная коммутация 30 Коммутатор Кадр
- 31. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Коммутатор начинает принимать кадр на одном из портов Приняв первые 6 байт кадра, коммутатор определяет адрес получателя Сквозная коммутация 31 Коммутатор Кадр
- 32. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Коммутатор начинает принимать кадр на одном из портов Приняв первые 6 байт кадра, коммутатор определяет адрес получателя Если порт получателя свободен, коммутатор сразу начинает передавать данные получателю Сквозная коммутация 32 Коммутатор Кадр
- 33. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Если порт получателя занят, коммутатор записывает кадр во внутренний буфер Коммутация с буферизацией 33 Коммутатор Кадр
- 34. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Если порт получателя занят, коммутатор записывает кадр во внутренний буфер Коммутация с буферизацией 34 Коммутатор Кадр
- 35. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Если порт получателя занят, коммутатор записывает кадр во внутренний буфер После того, как порт получателя освободится, кадр пересылается из буфера Коммутация с буферизацией 35 Коммутатор Буфер
- 36. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Если порт получателя занят, коммутатор записывает кадр во внутренний буфер После того, как порт получателя освободится, кадр пересылается из буфера Коммутация с буферизацией 36 Коммутатор Буфер
- 37. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Если порт получателя занят, коммутатор записывает кадр во внутренний буфер После того, как порт получателя освободится, кадр пересылается из буфера Коммутация с буферизацией 37 Коммутатор
- 38. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Коммутация на лету: • Высокая скорость • Невозможно выполнить, если порт получателя занят Коммутация с буферизацией: • Работает даже если порт получателя занят • Выполняется медленнее, чем коммутация на лету • Буфер может переполнится и кадры будут отбрасываться Коммутация с буферизацией и на лету 38
- 39. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Параллельная коммутация 39 1 2 3 4 5 6 7 8
- 40. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Коммутатор может передавать данные на разные порты параллельно, предоставляя каждому компьютеру выделенную пропускную способность канала Существенно повышает производительность работы сети Пример на предыдущем слайде: • Сеть FastEthernet 100 Мб/с • 4 параллельных потока кадров, 400 Мб/с суммарно • Концентратор обеспечил бы только 100 Мб/с с коллизиями Параллельная коммутация 40
- 41. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Неблокирующий коммутатор передает данные через порты с той же скоростью, с которой они поступают Средний входной поток кадров равен среднему выходному потоку кадров • В противном случае кадры заполняют буфер и отбрасываются Если большинство портов отправляют данные на один, даже неблокирующий коммутатор будет отбрасывать кадры • Магистральные порты • Управление потоком Неблокирующая коммутация 41
- 42. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Магистральные порты 42 1 2 3 4 5 6 7 8 Интернет100 Мб/с 100 100 100 100 100 100 1 Гб/с
- 43. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Fast Ethernet – 100 Мб/с, 802.3u Gigabit Ethernet – 1 Гб/с, 802.3z, 802.3ab 10G Ethernet – 10 Гб/с, 802.3ae, 802.3an Экспериментальные версии – 40 и 100 Гб/с Скоростные версии Ethernet 43
- 44. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Изменения в физическом уровне для достижения более высокой скорости передачи: • Избыточное кодирование 8B/10B, 64B/66B и др. • Потенциальное кодирование MLT-3, PAM-5, PAM- 16 и др. • Использование DSP (Digital Signal Processor) для дуплексной передачи данных по витой паре Один и тот же механизм доступа к среде: • CSMA/CD • В 10G Ethernet только коммутируемый режим работы Один и тот же формат кадра LLC Скоростные версии Ethernet 44
- 45. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Режимы работы устройств Ethernet: • Скорость: 10 Мб/с, 100 Мб/с, 1Гб/с или 10Гб/с • Дуплексный или полудуплексный режим Переговоры начинаются при подключении устройства Устройство предлагает режим в соответствии с приоритетом • 10Гб/с дуплекс – высший, 10Мб/с полудуплекс – низший Если другое устройство поддерживает данный режим, оно отвечает подтверждением В противном случае выбирается более медленный режим Схема автопереговоров 45
- 46. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet В настоящее время Ethernet является единственной популярной технологией проводных локальных сетей Альтернативные технологии (FDDI, Token Ring, 100VG-AnyLAN) не выдержали конкуренцию c Ethernet: Причины успеха Ethernet: • Простое и дешевое оборудование • Постоянное увеличение скорости • Обратная совместимость Конкуренты Ethernet 46
- 47. Сети и системы телекоммуникаций. Коммутируемый Ethernet Классический и коммутируемый Ethernet Концентратор и коммутатор Основы коммутации Скоростные версии Ethernet Итоги 47
- 48. Сети и системы телекоммуникаций. Технология Ethernet Вопросы? 48