ICND1_Vol1_RUS

Стандартные причины возникновения перегрузки в сети

Подобно быстро растущему городу, испытывающему проблему пробок на дорогах, сети сталкиваются с проблемой перегрузки по мере роста. В этом разделе описываются наиболее распространенные причины перегрузки сети.

Перегрузка сети

Высокопроизводительные ПК

Больше передаваемых данных

Приложения с высокими требованиями к полосе пропускания

Наиболее распространенные причины перегрузки сети:

Рост вычислительной мощности компьютерных и сетевых технологий.

Современные ЦП, шины и периферийные устройства намного быстрее

имощнее, чем те, что использовались в первых ЛВС, поэтому они могут передавать по сети больше данных с более высокой скоростью.

Увеличивающийся объем сетевого трафика. Передача данных по сети используется все чаще, поскольку для выполнения стандартных задач необходимы удаленные ресурсы. Кроме того, широковещательные сообщения могут неблагоприятно повлиять на производительность конечной станции и сети, хотя протоколы TCP/IP, в целом, нечасто используют широковещательную рассылку.

Приложения с высокими требованиями к полосе пропускания.

Приложения приобретают все больше функциональных возможностей

итребуют все большей пропускной способности для нормальной работы. Настольная издательская система, техническое проектирование, видео по запросу (VoD), электронное обучение и потоковое видео – все эти приложения требуют высокой вычислительной мощности и скорости передачи. Управление передачей файлов этих приложений значительно увеличивает нагрузку на сети и требует совместного использования приложений пользователями.

Мосты – раннее решение проблемы перегрузки сети

Сегментация на уровне 2 модели взаимодействия открытых систем (OSI) может уменьшить перегрузку, и мосты стали первым средством такой сегментации. В этом разделе описывается, как мосты снижают перегрузки сети.

Мосты

Работают на уровне 2 модели OSI

Пересылка, фильтрация или лавинная рассылка кадров

Небольшое количество портов

Работают медленно

Мосты Ethernet используются для разделения локальной сети Ethernet на несколько сегментов. Это увеличивает количество доменов коллизий, что позволяет сократить перегрузку сети.

Некоторые важнейшие характеристики мостов:

мосты работают на уровне 2 модели OSI;

мосты более «разумны», чем концентраторы, они могут анализировать входящие кадры и пересылать (или удалять) их в зависимости от информации об адресе;

мосты могут буферизовать кадры между двумя или более сегментами ЛВС;

мосты увеличивают число доменов коллизий, позволяя сразу нескольким устройствам передавать данные, не вызывая коллизий;

мосты ведут таблицы MAC-адресов.

Добавление мостов в сеть дает множество преимуществ, в том числе:

изоляция потенциальных проблем сети внутри отдельных сегментов;

минимизация ненужного сетевого трафика путем фильтрации кадров данных внутри сегментов ЛВС или между ними;

расширение ЛВС на большие расстояния путем объединения нескольких сегментов.

Коммутаторы

Во многом схожие с мостами, сетевые коммутаторы обладают особыми характеристиками, которые делают их эффективным средством снижения перегрузки сетей. В этом разделе описываются характеристики коммутаторов.

Коммутатор ЛВС

Высокая плотность портов

Большие объемы буферов кадров

Различные скорости портов

Быстрая внутренняя коммутация

Режимы коммутации:

– Без буферизации

– С буферизацией

– Безфрагментный

© 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1.0— 2-4

Подобно мостам коммутаторы соединяют сегменты ЛВС, используют таблицу МАС-адресов, чтобы определить сегмент для передачи данных, и снижают объемы сетевого трафика. Однако коммутаторы работают на гораздо более высоких скоростях, чем мосты, и предлагают более совершенные функциональные возможности.

Высокая плотность портов. По сравнению с мостами коммутаторы обладают более высокой плотностью портов. Достаточно распространены коммутаторы с 24 и 48 портами со скоростями 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Коммутаторы на крупных предприятиях могут поддерживать сотни портов.

Большие объемы буферов кадров. Возможность сохранять больше принимаемых кадров перед их передачей весьма полезна, особенно если порты, серверы и другие элементы сети перегружены.

Скорости портов. В зависимости от стоимости коммутатора возможна поддержка носителей с разными скоростями. Скорее всего будут доступны порты со скоростью 10 Мбит/с и 100 Мбит/с, порты 1 Гбит/с или 10 Гбит/с обеспечивают бóльшую гибкость.

Быстрая внутренняя коммутация. Быстрая внутренняя коммутация обеспечивает поддержку нескольких портов 10 Мбит/с, 100 Мбит/с и 1 000 Мбит/с. Для этого может использоваться высокоскоростная внутренняя шина или общая память, которая влияет на всю работу коммутатора.

Коммутаторы используют один из следующих методов пересылки для коммутации данных между сетевыми портами.

Коммутация без буферизации кадров. При использовании этого метода коммутатор обрабатывает данные, как только они начинают поступать, даже если передача не закончена. Коммутатор определяет, на какой порт необходимо передать данные, и начинает процесс передачи без буферизации данных, принимая решение на основе первого полученного кадра. Это наиболее быстрый из методов, но в этом методе не выполняется выявление ошибок, и нельзя гарантировать точность данных. Одним из вариантов коммутации без буферизации кадров является безфрагментная коммутация, при которой кадр не передается, пока не исчезнет сама возможность коллизии.

Коммутация с буферизацией пакетов. В этом методе коммутатор сохраняет данные в буферах при их получении до момента, пока не будет получен весь кадр. Во время сохранения коммутатор анализирует кадр, чтобы получить информацию о его адресате. В рамках этого процесса коммутатор также выполняет определение ошибок.

Безфрагментная коммутация. Коммутация без буферизации кадров обеспечивает малое время задержки. Однако в этом случае возможна пересылка поврежденных кадров. Коммутатор должен начать пересылку кадра прежде, чем сможет убедиться в отсутствии коллизии. Безфрагментная коммутация гарантирует, что было принято достаточное количество байтов, чтобы обнаружить коллизию до передачи кадра.

Безфрагментная коммутация может быть компромиссом между большим временем задержки и повышенной целостностью коммутации с буферизацией и пересылкой с небольшим временем задержки и пониженной целостностью коммутации без буферизации пакетов. На практике разница между коммутацией с буферизацией и без буферизации пакетов не важна, потому что несущественное уменьшение времени задержки при коммутации без буферизации пакетов компенсируется малым джиттером (колебаниями времени ожидания) при коммутации с буферизацией.

Сравнение коммутаторов и мостов

Во многом схожие с мостами, сетевые коммутаторы обладают особыми характеристиками, которые делают их эффективным средством снижения перегрузки сетей за счет увеличения фактической полосы пропускания. В этом разделе описываются сходства и различия коммутаторов и мостов.

Характеристики коммутатора ЛВС

Схожесть мостов и коммутаторов.

И мосты, и коммутаторы соединяют сегменты ЛВС.

И мосты, и коммутаторы используют таблицу МАС-адресов для идентификации сегмента, в который нужно переслать кадр с данными.

И мосты, и коммутаторы помогают уменьшить сетевой трафик.

Однако коммутаторы предлагают следующие важные функции, которые обеспечивают дополнительные преимущества для устранения перегрузки сети.

Выделенный канал связи между устройствами. Это увеличивает пропускную способность канала. Коммутаторы с наличием одного пользователя на порт выполняют микросегментацию сети. При таком типе конфигурации каждый пользователь получает доступ ко всей полосе пропускания и не должен конкурировать за доступную полосу пропускания с другими пользователями. В результате коллизии не возникают.

Многократные одновременные сеансы связи. Многократные одновременные сеансы связи обеспечиваются путем одновременной пересылки или коммутации нескольких пакетов, что увеличивает полосу пропускания сети в соответствии с числом поддерживаемых сеансов связи. Например, когда кадры пересылаются между портами 1 и 2, другой сеанс связи может иметь место между портами 5 и 6. Это возможно из-за буферов ввода-вывода и быстрой внутренней передачи между портами.

О коммутаторе, который может одновременно поддерживать все

варианты передачи кадров между всеми портами, говорят, что он предлагает неаблокированную производительность со скоростью, соответствующей среде передачи данных. Конечно, этот класс коммутаторов относительно дорог.

Полнодуплексная система связи. После того как подключение микросегментировано, в нем участвуют только два хоста (коммутатор и хост). Теперь можно настроить порты так, чтобы они могли получать и отправлять данные в одно и то же время. Это называется дуплексной связью. Например, соединения 100 Мбит/с типа «точка-точка» обладают скоростью передачи 100 Мбит/с и скоростью приема 100 Мбит/с, что обеспечивает эффективную полосу пропускания 200 Мбит/с на одном соединении. Конфигурация между полудуплексом и дуплексом автоматически согласуется во время создания канала. (Полудуплекс означает, что в отдельно взятый момент времени передача данных идет только в одном направлении.)

Адаптация к скорости среды. Сетевой коммутатор с портами разных скоростей может автоматически выбирать между значениями 10 и 100 Мбит/с или между 100 и 1 000 Мбит/с, что позволяем автоматически выбирать полосу пропускания при необходимости. Без этой функции одновременная работа портов с разными скоростями была бы невозможна.

Как коммутаторы сегментируют сеть Ethernet

Коммутаторы заменили и вытеснили мосты. Коммутаторы выполняют три главные функции в сегментации сети Ethernet: пересылка, фильтрация и лавинная рассылка. В этом разделе описываются главные функции коммутаторов.

Коммутаторы заменяют мосты

Работают на уровне 2 модели OSI

Пересылка, фильтрация или лавинная рассылка кадров

Множество портов

Работают быстро

Коммутаторы формируют таблицу МАС-адресов, связанную с доступными портами. Затем коммутаторы используют эти МАС-адреса при принятии решения о дальнейших операциях над кадрами – фильтрация, пересылка или лавинная рассылка.

В таблице показано, как коммутаторы обрабатывают индивидуальные кадры.

Как коммутаторы обрабатывают индивидуальные кадры ЛВС Ethernet

№ Действие

1.Когда порт принимает индивидуальный кадр, коммутатор сравнивает МАС-адрес назначения с адресами в таблицах.

2.Если коммутатор решает, что МАС-адрес назначения кадра находится в том же сегменте сети, что и источник, он не пересылает кадр. Этот процесс называется фильтрацией, и с его помощью коммутаторы могут значительно уменьшить трафик между сегментами сети путем ликвидации ненужных кадров.

3.Если коммутатор решает, что МАС-адрес назначения кадра находится в другом сегменте, он пересылает кадр в соответствующий сегмент.

4.Если коммутатор не имеет записи адреса назначения, он передаст кадр всем портам, за исключением того, с которого кадр был получен. Это называется лавинной рассылкой (flooding).

Коммутация в действии

Коммутатор решает, как обработать кадр данных, используя таблицу МАС-адресов. В этом разделе описывается процесс на основе МАС-адресов, в ходе которого кадры передаются через коммутатор.

Коммутация кадров

Когда адрес неизвестен, коммутатор изучает топологию сети, анализируя адрес источника входящих кадров от всех подключенных сетей. В таблице ниже описывается этот процесс.

Процедура коммутации кадров

№ Действие

1.Коммутатор получает широковещательный кадр от ПК на порту 1.

2.Коммутатор сохраняет МАС-адрес источника и номер порта коммутатора, который получил кадр, в таблицу МАС-адресов.

3.Поскольку адрес назначения широковещательный, коммутатор рассылает кадр по всем портам, за исключением того, с которого он был получен.

4.Устройство-получатель отвечает на широковещательную рассылку индивидуальным кадром по адресу ПК A.

5.Коммутатор сохраняет выделенный их адреса источника кадра МАС-адрес ПК В и номер порта коммутатора, с которого кадр был получен, в таблицу МАС-адресов. В таблице МАС-адресов производится поиск адреса назначения кадра и связанного с ним порта.

6.Теперь коммутатор может пересылать кадры между устройствами источника и назначения без выполнения лавинной рассылки, потому что у него есть записи в таблице МАС-адресов, которые идентифицируют соответствующие порты.