Рис. 7.28. Архитектура буферного повторителя Gigabit Ethernet

Удаленный узел, передавая серию кадров, способен переполнить входной буфер порта повторителя, что может привести к потере кадров. Во избежании этого стандартизован основанный на кадрах контроль потока, известный как

802.3х, Протокол работает на уровне MAC и предназначен для использования в дуплексных линиях.

Буферный повторитель обеспечивает дуплексную связь как и коммутатор, но он не такой дорогой, поскольку является просто расширением традиционного повторителя.

Коммутаторы. Перечислим наиболее важные черты коммутаторов Gigabit Ethernet:

−поддержка дуплексного режима по всем портам;

−поддержка контроля потока, основанного на кадрах IEEE 802.3х;

−наличие портов или модулей для организации каналов Ethernet, Fast Ethernet;

−поддержка физического интерфейса на одномодовом ВОК;

−возможность коммутации уровня 3;

−поддержка механизма QoS и протокола RSVP;

−поддержка стандарта IEEE 802.1q для организации виртуальных сетей.

Производители оборудования Gigabit Ethernet. Крупнейшими

производителями оборудования Gigabit Ethernet являются компании: 3Com, Acacia Networks, Alteon Networks, AN-COR, Cabletron, Cisco Systems, Essential Communications, Foundry Networks, GigaLabs, Hewlett Packard, NBase Communications, Packet Engines, Rapid City Communications, XLNT Corp. [39].

7.8. Миграция Ethernet к магистральным сетям

Основные сценарии наращивание сетей до Gigabit Ethernet. Ниже рассмотрены три основных сценария: подключение серверов по каналам Gigabit Ethernet, замена канала связи Fast Ethernet между коммутаторами на канал Gigabit Ethernet, замена магистральной коммутации Fast Ethernet на Gigabit Ethernet.

Подключение серверов по каналам Gigabit Ethernet. Заменяется сетевая карта в файл-сервере, а в коммутатор устанавливается Gigabit Ethernet модуль (рис. 7.29). При этом дуплексный канал может обеспечить расстояние по многомодовому волокну до 550 м, по одномодовому волокну - и до нескольких десятков км, и в перспективе по витой паре UTP Cat.5 - до 100 м (табл. 7.10). Функция контроля потока 802.3х при необходимости предотвратит переполнение буферов коммутатора со стороны потоков от файл-сервера.

Рис- 7.29. Подключение серверов по каналам Gigabit Ethernet

Замена канала связи Fast Ethernet между коммутаторами на канал Gigabit Ethernet. Увеличение пропускной способности и устранение узкого места может быть выполнено путем установки в коммутаторы по одному модулю Gigabit Ethernet (рис. 7.30). Поддержка коммутаторами протокола 802.1Q, а также возможности коммутации третьего уровня позволят создавать распределенные виртуальные сети.

Замена магистральной коммутации Fast Ethernet на Gigabit Ethernet.

Наилучшим образом для обеспечения наращиваемости сети на центральном узле подходит модульный коммутатор, допускающий установку как модулей с N портами 10/100 Мбит/с (N = 8-16), так и модулей с М портами 1000 Мбит/с (М = 4-8). В коммутаторах для рабочих станций следует предусмотреть слот для подключения (при наращивании) Gigabit Ethernet up-link модуля. Таким образом, на первом этапе можно строить сеть с коммутацией Fast Ethernet, а позже произвести ее наращивание путем установки соответствующих коммутационных модулей Gigabit Ethernet в магистральный коммутатор и коммутаторы рабочих групп (рис. 7.31).

В заключении кратко рассмотрим некоторые дополнительные аспекты построения магистральных сетей: коммутацию, основанную на кадрах (IEEE 802.3х); виртуальные сети; тегкоммутацию (IEEE 802.1Q); протокол RSVP и др.

Рис. 7.30. Замена канала Fast Ethernet связи между коммутаторами на канал

Gigabit Ethernet

Рис. 7.31. Замена магистральной коммутации Fast Ethernet на Gigabit Ethernet

Эволюция методов контроля потока. На рис. 7.32 а показана простейшая сеть с повторителем Ethernet. Поскольку такая сеть (возможно, с несколькими повторителями) представляет один коллизионный домен, то ей присущи следующие два вытекающих из этого свойства: во-первых, диаметр сети должен быть ограничен на основании расчета времени RTD, во-вторых, число рабочих станций, ведущих одновременную передачу не должно превышать 15-25, а соответственно полное число пользователей в зависимости использования ресурсов сети не должно превышать 50-100 на коллизионный домен. При таких условия в сети Ethernet не будет происходить потерь кадров на уровне MAC, а

сама сеть будет работать вполне стабильно. Данное решение не способно устроить крупные организации, тем более магистральные сети.

Рис. 7.32. Схема подключения рабочей группы: а) через повторитель;

б) через коммутатор с полудуплексными соединениями (требуется механизм обратного давления); в) через коммутатор с дуплексными соединениями (требуется механизм 802.3х)

Дальнейшее наращивание сети возможно только с использованием коммутаторов (рис. 7.32 б). Коммутатор обеспечивает микросегментацию сети, улучшая ее работу как при использовании одноранговых приложений, так и при использовании приложений клиент-сервер; при этом скоростной канал Fast Ethernet с сервером имеет преимущества перед Ethernet, так как в приложениях клиент-сервер канал связи с сервером, если он был бы низкоскоростной, мог оказаться "бутылочным горлышком" сети. Однако коммутатор может приводить к потери кадров в случае переполнения своих буферов. Потери кадров в небольших сетях не опасны (благодаря проколам уровня сессий повторная отправка кадра произойдет в короткие сроки) и маловероятны, поскольку контроль потока на основе протоколов более высокого уровня позволяет оптимизировать скорость передачи до того, как начнут переполняться буферы коммутатора. Это требует достаточной буферной емкости. В крупных сетях с большим числом пользователей и большие буферы могут не спасти. Потери кадров в протяженных и крупных сетях не желательны, поскольку на повторную отправку кадра уходит значительно больше времени, что приводит к замедлению работы сети. Безусловно, лучшим решением был бы контроль потока на канальном уровне, в пределах стандарта Ethernet, как это реализовано в сети с одним коллизионным доменом. Контроль потока был бы еще более эффективным, если бы он осуществлялся между соседними устройствами (особенно в крупных корпоративных сетях). Именно для этой цели и был разработан механизм обратного давления (см. п. 7.2). Но он требует полудуплексного режима передачи в сегментах своих портов, поскольку использует свойства протокола CSMA/CD, и не способен работать на дуплексных линиях связи.

В то же время только дуплексный Ethernet позволяет увеличить пропускную способность и обеспечить протяженные сегменты на основе оптического волокна (рис. 7.32 в). Именно для дуплексных каналов "точка-точка" был разработан

основанный на кадрах контроль потока (стандарт IEEE 802.3х) - протокол,

работающий на уровне MAC. В стандарте Gigabit Ethernet он становится неотъемлемой чертой выпускаемых коммутаторов, буферных повторителей и сетевых карт. Поддержка стандарта 802.3х становится крайне желательной при

разработке новых магистральных коммутаторов с портами Fast Ethernet и Ethernet. Подключение рабочих станций к выделенным портам коммутатора по дуплексным каналам, а не через повторитель, более эффективно для организации видеоконференций, компьютерной телефонии и мультимедиа приложений.

Виртуальные сети. Виртуальной сетью VLAN (virtual LAN) называется логически объединенная группа пользователей сети, в противоположность их физическому объединению, основанному на территориальном признаке и топологии сети. Технологии VLAN наиболее широко используются в коммутируемых сетях, хотя и не исключается применение маршрутизаторов. Объединение пользователей в виртуальные сети может происходить на основе портов, адресов или протоколов.

Основанная на портах виртуальная сеть - наиболее простой способ группирования сетевых устройств. Все удаленные устройства, приписанные к определенным портам коммутатора, независимо от их адресов, протоколов, приложений объединяются в одну виртуальную сеть,

Основанная на адресах виртуальная сеть может поддерживать несколько виртуальных сетей на одном коммутируемом порту. Устройства выделяются в подсети на основе их адресов (обычно МАС-адресов).

Основанная на протоколах виртуальная сеть объединяет в различные логические группы сетевые устройства на основе протоколов IP, IPX и т.д. Устройства, выполняющие такую функцию, обычно работают не на канальном уровне, а на сетевом, и называются маршрутизаторами. Устройства, способные работать с несколькими протоколами, называются мультипро-токольными маршрутизаторами.

Построение виртуальных сетей, основанных на портах, долгое время ограничивалось использованием только одного коммутатора в сети, а решения с несколькими коммутаторами были нестандартными. В настоящее время близится к завершению разработка стандарта IEEE 802.1Q, позволяющего строить распределенные виртуальные сети с несколькими коммутаторами. Основой будущего стандарта является тег-коммутация (tag switching) [40]. При передаче кадров между коммутаторами (как для одноадресных, так и для широковещательных) используется специальный теговый формат - добавляются поля, общим объемом 2 байта: идентификатор виртуальной сети (12 бит); поле приоритета (3 бита) и поле инкапсуляции TR (1 бит). При передаче кадра от станции А к станции В коммутатор 1 добавляет в указанные поля информацию о виртуальной сети (рис. 7.33). На основании этой информации коммутатор 2 сначала определяет, что кадр предназначен для виртуальной сети V1, затем устраняет эту информацию - самим станциям в пределах виртуального домена она не нужна - и уже на основании МАС-таблицы для виртуальной сети V1 коммутирует кадр в порт для станции В.

Рис. 7.33. Различные технологии объединения пользователей в виртуальные сети

Принятие стандарта IEEE 802,1Q позволит разработчикам локальных сетей использовать дополнительные полезные возможности:

−MAC Address Tagging - приписываемая тег-информация зависит от МАСадреса назначения;

−Frame Type Tagging - приписываемая информация зависит от протоколов более высокого уровня (например, от IP или IPX);

−Layer 3 Tagging - приписываемая информация зависит от установленных IР подсетей;

−Policy-based Tagging - приписываемая информация чувствительна к различным параметрам окружающей обстановки, например, времени суток.

Протокол IEEE 802.1Q после его стандартизации будет использоваться в

стандарте Gigabit Ethernet. Многие компании уже выпускают коммутаторы Gigabit Ethernet, поддерживающие еще не окончательно сформированные спецификации IEEE 802.1Q.

Протокол RSVP. В современных сетях роль приложений реального времени существенно возросла. Локальные сети, первоначально задумывающиеся исключительно для передачи данных, сегодня широко используются для передачи мультимедиа приложений. Набирают темпы компьютерная телефония и видеоконференцсвязь. В связи с этим более остро встает вопрос минимизации задержек и регуляризации трафика на узлах коммутации и маршрутизации сети

Internet. Протокол RSVP (Resource Reservation Protocol) призван обеспечить необходимое качество обслуживания для полноценной эксплуатации таких приложений. RSVP разработан для работы с протоколом TCP/IP, который является основным для сети Internet,

Оконечный узел на основе протокола RSVP запрашивает у сети определенное качество обслуживания QoS (Quality of Service), необходимое для данного приложения. С целью резервирования необходимых ресурсов, RSVP переносит запрос по сети, обращаясь к каждому узлу, через которые предполагается осуществлять передачу потока данных.

Для резервирования на отдельном узле коммутации/маршрутизации специальная программа - демон RSVP - обращается к двум модулям принятия решения: к модулю управления доступом и к административному модулю (рис. 7.34 а). Модуль управления доступом определяет, достаточно ли ресурсов на узле, чтобы удовлетворить запрос QoS. Административный модуль выявляет, имеет ли пользователь административное разрешение выполнить резервирование. Если хотя бы одна из проверок не дает положительного результата, программа RSVP возвращает на запрашивающий удаленный узел уведомление об ошибке, тем

самым отвечая отказом. Если обе проверки положительные, то демон RSVP устанавливает в соответствие с запросом QoS параметры в классификаторе пакетов и планировщике пакетов. Классификатор пакетов определяет класс QoS для каждого пакета, а планировщик пакетов устанавливает порядок движения пакетов, чтобы обеспечить обещанную полосу пропускания на узле.

Важная особенность RSVP - его масштабируемость до очень больших групп с многоадресной доставкой пакетов, поскольку он использует ориентированные на приемный узел запросы, которые сливаются по мере их прохождения по многоадресному дереву. Запрос на резервирование канала посылает не узел, собирающийся вести многоадресную трансляцию, а каждый из узловполучателей. Нет необходимости сигналу резервирования следовать по всему дереву до передающего узла, вместо этого сигнал идет только до ближайшего узла, сливаясь с подобными сигналами от других ветвей (рис. 7.34 б). Хотя протокол RSVP разработан для использования преимущественно в многоадресных приложениях, он может также служить для передачи кадров, имеющих один адрес.

RSVP также разработан с целью увеличения надежности существующих алгоритмов маршрутизации в сети Internet. RSVP не осуществляет свою собственную маршрутизацию, вместо этого он использует лежащие в его основе протоколы маршрутизации, чтобы определить, каким образом следует обеспечивать передачу зарезервированного потока данных. Если маршрутизаторы перенаправляют движения потоков, подстраиваясь под изменяющуюся топологию сети, RSVP привязывает свои резервирования к новым путям независимо от того, действует ли уже данное резервирование или нет.

Рис. 7.34. а) Схема взаимодействия демона RSVP с устройством, поддерживающим QoS; б) Движение запросов резервирования полосы в

многоадресном дереве

Технологии Ethernet и АТМ в магистральных сетях. Охватывая более высокие уровни модели OSI, протоколы RSVP и IEEE 802.1Q не относятся к стандарту Ethernet, но делают значительно более эффективным его использование, в особенности использование Gigabit Ethernet в ранге магистральных сетей. Главное отличие контроля качества QoS на основе RSVP от QoS, реализованного в технологии АТМ, заключается в том, что RSVP рассчитан