Лекция: 30 сағат Практикалық: Лаборатория: 15 сағат обсөЖ: 45 СӨЖ: 45 Барлық сағат саны: 135 сағат

Лекция 17

Жоспар:

2. Көпір.

3. Коммутатор.
Лекция мақсаты: Көпірлер және коммутаторлар арқасында желіні структуризациялауға түсінік беру, тақырыпты пысықтау

1. Үлкен желіде табиғи жағдайда ақпараттық ағындардың әр түрлілігі пайда болады: желі кәсіпорындардың жұмыс топтарының, бөлімшелерінің және басқа да басқарма құрылымдарының көптеген ішкі желілерінен тұрады. Көбінесе берілгендермен қарқынды алмасу өте жиі, бір ішкі желісіне кіретін компьютерлер арасында болады, сол ұсыныстардың шағын ғана бөлігі жергілікті жұмыс топтарында орналаспаған компьютер ресурстарында орындалады. Сондықтан, барлық физикалық сегнттері бар, бөлінетін орта ретінде қарастырылатын типтік топологиялары бар (шина, сақина, жұлдызша) желілер үлкен желіде ақпараттық ағындардың құрылымына сәйкес болмайды.

Мәселені шешу үшін біртекті бөлінетін орта ойыннан бас тарту керек. Компьютерлерді бір жұмыс тобына беретін кадрлар, бұл желі бөлігінің шегінен, тек осы кадрлар қандай да бір басқа жұмыс тобының компьютеріне бағытталған жағдайда шықса қолайлы болушы еді.

Желінің логикалық құрылымы деп жалпы бөлінетін ортаның торап саны аз, өздігінен бөлінетін орта болып табылатын логикалық сегменттерге бөлінуін айтамыз. Логикалық сегменттер арасындағы өзара алмасу көпір және коммутатор арқылы жүзеге асырылады. Осында біртұтас бөлінетін орта әрқайсысы көпір немесе коммутатордың портына жалғанған бірнеше бөлікке бөлінеді. Бұл құрылғылар кадрларды, осы кадрларда орналасқан белгіленулердің адресін талдай отырып, өзінің бір портынан екінші портына тасымалдайды. Көпір және коммутаторлар құбырлы деңгейлердің жазық адрестері немесе МАС - адрестері негізінде кадрларды тасымалдау амалын орындайды.

2. Көпір (мост, bridge) желінің бөлінетін тасымалдау ортасын бөліктерге (логикалық сегменттер деп аталады) бөледі; сонымен қатар, ақпаратты бір сегменттен екіншісіне, егер осындай тасымалдау шынында қажет болса, яғни қабылдаушы компьютердің адресі басқа ішкі желіге жататын жағдайда тасымалдайды. Сондай-ақ, көпір желідегі берілгендерді тасымалдаудың өнімділігін арттыра отырып, ішкі желінің, бір трафигін екіншісінен арашалайды. Трафикті локализациялау тек қана өткізгіштік қасиетін ғана азайтпайды, сонымен қатар берілгендерге қол жеткізу мүмкіндігін азайтады.

Көпірлердің трафиктерін локализациялау үшін компьютердің аппараттық адрестері қолданылады. Бұл бір немесе басқа компьютердің анықталған сегментке қарайтынын танып-білуді қиындатады – адрестің өзінде бұл жайлы ешқандай ақпарат болмайды. Сондықтан көпір желіні сегменттерге бөлуді едәуір оңай түсінеді – ол желінің әр компьютерінен берілген кадрлардың, қай порт арқылы оған түскенін сақтайды, содан кейін осы компью­терге арналған кадрларды сол порт арқылы тасымалдайды. Логикалық сегменттер арасындағы топологиялық нақты байланысын көпір білмейді. Сондықтан көпірлерді пайдалану желінің байланыс конфигурацияларына мәнді шектеулер енгізеді. Сегменттер желіде бір-біріне тұйық пішін құрылмайтындай жалғануы керек.

Шығу жағдайында көпір компьютерлердің өзінің әр портына қандай МАС-адрестермен жалғанғанын білмейді. Сондықтан бұл жағдайда жай ғана кез келген басып алынған және буферленген кадрды барлық өзінің порттарына жібереді, бұл портқа қайсысынан алынғаны маңызды емес, сондықтан тасымалдай береді. Барлық порттарға кадрларды тасымалдаумен бірге көпір кадр қайнарының адресін танып-біледі және өзінің сүзгі (фильтрация) немесе маршрутизация деп аталатын адрестік кестесінде оның қатысы жайлы жаңа жазбаны жасайды.

Көпір өзінің үйрену кезеңінен өткеннен кейін ол тиімдірек жұмыс істей алады. Ол кадрды қабылдау кезінде адрестік кестенің, оның адрестері мен белгілену адресі сәйкес келу негізінде қарастырады. Егер осындай жазу бар болса, онда көпір кестені талдаудың екінші кезеңін орындайды – таратушының адресі мен қабылдаушының адресі бар компьютерлер бір сегментте орналасқанын тексереді. Егер компьютерлер бір сегментте орналасса, онда кадр жай ғана буферден жойылушы еді. Мұндай амал сүзгі деп аталады. Егер компьютерлер әр түрлі сегменттерде орналасса, онда көпір кадрды жылжыту амалын орындайды - алдын ала басқа сегментке рұқсат алып, кадрды басқа портқа тасымалдайды.

Адрестік кестенің кірістері көпірдің өзін-өзі үйрету процесінде құрылатын динамикалық және желінің басқарушысының көмегімен қолмен құрайтын тұрақты болуы мүмкін. Динамикалық кірістерінде өмір сүру мерзімі болады - адрестік кестедегі жазбаны құру неме­се жаңарту кезінде онымен уақыт белгісі байланысады. Егер осы уақыт аралығында көпір бірде-бір берілген адресті кадрды жіберуші адресінің өрісіне қабылдамаса, анықталған тайм-аут аяғына қарай жазу жарамсыз болып есептелінеді. Статикалық жазбаларда өмір сүру мерзімі болмайды. Кең хабарлы МАС-адресті кадрлары көпір арқылы жеткізу адресі анықталмаған кадрлар сияқты барлық порттарға тасымалданады. Кадрларды таратудың мұндай тәртібі желіні батыру деп аталады. Көпірлердін, бар болуы кең хабарлы кадрлардың желінің барлық сегменттеріне тарауына кедергі жасамайды.

Көпірлерді колдану желінің байланыс конфигурацияларына шектеу қоюға әкеледі - сегменттер желіде тұйық пішін құрылмайтындай жалғануы керек.

Тоқтаусыз табысты жұмыс үшін процессорлық микросхемаларынан басқа, коммутаторда порттарының процессорлық микросхемалары арасында кадрларды тасымалдау үшін жылдам жұмыс істейтін торап болу керек.

Қазіргі кезде осындай алмасу тораптарын құру үшін коммутатор негізгісі ретінде алмасудың үш сызбасының бірін қолданады:

• 
  Коммутациялық матрица;
  
• 
  Жалпы шина;
  
• 
  Бөлінетін көпкірісті жады.
  

2 – сурет. Жалпы шиналы коммутатор

Кезекшілікті толтыру мөлшері бойынша менеджер бөлінетін жадының шығысын порттардың процессорларының шығыс блоктарына кезекпен қосады, кезектегі берілгендер процессордың шығыс буферіне көшіріледі. Жады коммутатордың N порттары арасында берілгендер санағының жылдамдығын қолдау үшін едәуір тез әрекетті болуы керек. Жеке порттар арасында менеджермен иілмелі тағайындалған жалпы буферлік жадыны қолдану порт процессорының буферлік жадысының мөлшеріне талабын төмендетеді.

Әрбір сипатталған архитектураның өз артықшылықтары мен кемшіліктері болады, сондықтан күрделі коммутаторда бұл архитектура бір-бірімен аралас түрде қолданылады.




3-сурет. Екікірісті бөлінетін жады
Коммутатор арнайы жүйе кезегінде жасалған, коммутациялық матрицаның архитектурасын жүзеге асыратын порттар саны (2-12) бекітілген модульдерден тұрады. Егер аралығында берілгендер, кадрға тасымалданатын порттар бір модульге арналған болса, онда кадр тасымалдануы модульге коммутациялық матрицаның негізінде модуль процессорларымен жүзеге асады. Егер порттар әр түрлі модульдерге кіретін болса, онда процессорлар жалпы шина бойынша қатынасады. Осындай архитектурамен модуль ішінде кадрды тасымалдау коммутациялық матрицасы едәуір тез, бірақ порттардың өзара әсерлесуінің көлемдік тәсілі едәуір азырақ болғандықтан модульаралық тасымалдауға қарағанда тезірек жүреді. Коммутатордың ішкі шиналарының жылдамдығы бірнеше Гбит/с жетуі мүмкін, ал едәуір қуатты модульдерде - 20-30 Гбит/с.

Коммутатор құрылымдық қатынас бойынша мынадай түрлерге бөлінеді:

• 
  порт саны бекітілген автономды коммутатор;
  
• 
  шасси негізіидегі модульдік коммутатор;
  
• 
  сүрлеуге жиналатын порттар саны бекітілген ком­мутатор;
  

• 
  кадрлардың фильтрация жылдамдығы;
  
• 
  кадр жылжуының жылдамдығы;
  
• 
  өткізгіштік қасиеті;
  
• 
  кадрды тасымалдаудың кідірісі.
  

• 
  коммуникация түрі - «жұмыс кезінде» немесе толық буферизациямен;
  
• 
  кадр буферінің мөлшері;
  
• 
  ішкі шинаның өнімділігі;
  
• 
  ішкі адрестік кестенің мөлшері.
  

• 
  өз буферіне кадрды қабылдау;
  
• 
  кадрдың жетуге арналған адрестерін табу мақсатымен адрестік кестені қарап шығу;
  
• 
  қабылдағыш порт пен таратушы порт бір логикалық сегментке жататындықтан кадрды жою.
  

• 
  өз буферіне кадрды қабылдау;
  
• 
  кадрдың жетуге арналған адресін табу мақсатымен адрестік кестені қарап шығу;
  
• 
  адрестік кесте бойынша табылған, жетуге арналған порт арқылы желіге кадрды тасымалдау.
  

Коммутатордың өнімділігіне пакеттерді - «жұмыс кезінде» немесе буферлеумен тасымалдау тәсілдері әсер етеді.

«Жұмыс кезінде» пакеттерді тасымалдайтын комму­татор әрбір арнайы коммутатордағы кадрларды тасымалдаудың аз кідірістерін енгізеді, сондықтан берілгендерді жеткізу кідірісінің жалпы азаюы мәнді болу мүмкін, ол мультимедиялық трафик үшін маңызды «Жұмыс кезінде» орындалатын коммутатор тасымалдайтын кадрлардың мүлтіксіздігін тексере алады, бірақ оның байттарының бөлігі желіге таралғаны үшін желідегі нашар кадрды алып тастай алмайды.

Әр тәсілде өзінің артықшылықтары мен кемшіліктері болғандықтан, коммутатордың сол модельдерінде олардың хаттамаларын трансляциялау керек, кейде комму­татор жұмысының бейімделген алмасу режимінің механизмін қолданады.

Мұндай коммутациялардың негізгі режимі - «жұмыс кезіндегі» коммутация, бірақ коммутатор трафикті үнемі бақылап отырады және кейбір шекті нашар кадрлардың пайда болуының жиілігі артқан кезде толық буферлену режиміне ауысады. Содан соң коммутатор «жұмыс кезіндегі» коммутацияға қайтып келе алады.

Адрестік кестенің ең жоғарғы сыйымдылыгы бір мезгілде коммутатормен амалданатын МАС-адрестердің шекті санын анықтайды. Коммутатор жиі әрбір порттың амалдарын орындауға, адрестік кестенің экземплярын сақтау үшін өзінің жадысы бар ерекшеленген процессорлық блокты қолданғандықтан, коммутатор үшін адрестік кестенің өлшемдері әдетте бір порт үшін арналған есептеулерде көрсетіледі. Әр порт тек кейінгі кезде өзі жұмыс істеген адрестер жиынын ғана сақтайды. Адрестік кестенің жеткіліксіз сыйымдылығын коммута­тор жұмысының жай жүруінің және желінің артық трафикпен ластануының себебі бола алады. Егер порт процессорының адрестік кестесі толығымен толып кетсе, ал ол түскен пакетте таратушының жаңа адресін қабылдап жатса, онда процессор кестеден кез келген ескі адресті алып және оның орнына жаңасын орналастыру ке­рек. Бұл амал өзінен-өзі процессор уакытының бөлігі бола алады, бірақ өнімділіктің негізгі шығындары, адрестік кестеден жойылған белгілену адрестік кадрдың келіп түсуі кезінде анықталады. Кадрдың белгілену адресі белгісіз болғандықтан, коммутатор бұл кадрды барлық басқа порттарға тасымалдау керек.

Коммутаторлардың ішкі буферлік жадысы дереу шығу портына тасымалдай алмайтын кезде берілгендер кадрын уақытша сақтау керек. Буфер трафиктің қысқа мерзімді пульстенуін түзеуге арналған. Трафиктің жиілігін орта мәнінің қысқа мерзімді, көп ретті артуы кезінде кадр шығынын токтату үшін үлкен көлемді буфер ғана қолданылады. Порттың әр процессорлық модулінің әдетте кадрды сақтау үшін өзінің буферлік жадысы болады. Осы жадының көлемі неғұрлым жоғары болса, соғұрлым жүктелу кезіндегі кадр шығынының ықтималдылығы аз болады. Желінің жауапты бөліктеріндегі жұмыс үшін арналған коммутаторлар, әдетте, бір порт үшін бірнеше ондаған немесе жүздеген килобайттық буферлік жадыны бірнеше порттар арасында үлестіру мүмкін болса жақсы болғаны.

Коммутаторлардың коммутация деңгейлері бойынша жіктелуі:

Бірінші деңгейлі коммутация. Коммутацияның бірінші деңгейі және физикалық деңгейі. Физикалық деңгей берілгендер пакетін қабылдайды және оларды оптикалық немесе электрлік сигналдарға түрлендіреді. Бұл сигналдар қабылдау тораптарына тасымалдау ортасы арқылы жіберіледі. Физикалық жалғануды жүзеге асыратын құрылғының мысалы болып Hub танылады;

Екінші деңгейлі коммутация. Коммутацияның екінші деңгейі немесе арналық децгей. Ол берілгендер кадрының құрылуын, тасымалдауын және қабылдауын қамтамасыз етеді. Екінші деңгейлі коммутатор берілгендердің қозғалысы үшін параллельді архитектураны қолдана отырып, бірнеше берілгендер ағынын қатар тасы­малдай алады. Қазіргі кездегі коммутаторларда пакетті тасымалдау үшін жоғары жылдамдықты шина қолданылады. Осының есебінен тасымалдаудың жоғары жылдамдығына жетеді. Тасымалдау жылдамдығы таратушыдан қабылдаушыға, яғни пакеттердің қозғалуы үшін қолданылатын хаттамаға байланысты;

Үшінші децгейлі коммутация. Коммутацияның үшінші деңгейі немесе желілік деңгей. Әр

түрлі ішкі желілері жалғанған екі соңғы нүктенің арасындағы маршрутты таңдау және жалғау мүмкіндігін қамтамасыз етеді. Үшінші деңгейлі коммутаторларда маршрутиза­ция функциясының кей бөліктері жүзеге асырылған. Маршрутизация физикалық адрестердің (МАС-адрестердің) желілік адреске түрлену негізінде болады. Үшінші деңгей коммутаторлары екі категорияға бөлінеді: пакетті (PPL3 - жылдам маршрутизация) және (CTL3 - бірінші пакеттің маршрутизациясы және қалғандарының коммутациясы). Үшінші деңгейлі коммутаторлар негізінде локальді желілерде сипаттамалық ерекшеліктер, сонымен қатар коммутация құрылғысында екінші және үшінші деңгейінің үйлесімділігі есебінен жұмыс істеуге арналған:

• 
  жергілікті желілерде қолданатын интерфейстер мен хаттамаларды қолдау;
  
• 
  маршрутизацияның қималанған функциясы;
  
• 
  виртуалды желілер механизмін қолдау;
  
• 
  коммутация және маршрутизация функцияларының интеграциясы, басқару үшін ыңғайлы виртуалды желілер арасындағы маршрутизацияны тапсыру амалдарының бар болуы.
  

1. Көпір және коммутаторлар көмегімен желіні логикалық құрастыру.

2. Көпір.

3. Коммутатор.