На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


лабораторная работа Исследование работы каммуникатора

Информация:

Тип работы: лабораторная работа. Добавлен: 11.08.2012. Сдан: 2011. Страниц: 5. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Лабораторная  работа « Исследование работы коммутатора»

 
Цель: Изучение принципов работы коммуникационных устройств, используемых для логической сегментации сети на базе концентраторов и коммутаторов.
Задание. Определить следующие характеристики коммутатора:
    Задержка при использовании коммутации "на лету".
    Задержка при использовании полной буферизации кадра.
    Пропускная способность коммутатора.
    Скорость фильтрации.
    Скорость продвижения.
    Полная производительность коммутатора.
    Производительность коммутатора в расчете на один порт.

Краткая теория

Принципы  работы коммутаторов
 

Рис. 2. Структура коммутатора EtherSwitch компании Kalpona
Технология коммутации сегментов Ethernet была предложена фирмой Kalpana в 1990 году в ответ на растущие потребности в повышении пропускной способности связей высоко-производительных серверов с сегментами рабочих станций.
Каждый из 8 портов 10Base-T обслуживается одним процессором пакетов Ethernet – ЕРР (Ethernet Packet Processor). Кроме того, коммутатор имеет системный модуль, который координирует работу всех процессоров ЕРР. Системный модуль ведет общую адресную таблицу коммутатора и обеспечивает управление коммутатором по протоколу SNMP. Для передачи кадров между портами используется коммутационная матрица, подобная тем, которые работают в телефонных коммутаторах или мультипроцессорных компьютерах, соединяя несколько процессоров с несколькими модулями памяти.
Коммутационная  матрица работает по принципу коммутации каналов. Для 8 портов матрица может  обеспечить 8 одновременных внутренних каналов при полудуплексном режиме работы портов и-16 – при полнодуплексном, когда передатчик и приемник каждого порта работают независимо друг от друга.
При поступлении  кадра в какой-либо порт процессор  ЕРР буферизует несколько первых байт кадра, чтобы прочитать адрес назначения. После получения адреса назначения процессор сразу же принимает решение о передаче пакета, не дожидаясь прихода остальных байт кадра. Для этого он просматривает свой собственный кэш адресной таблицы, а если не находит там нужного адреса, обращается к системному модулю, который работает в многозадачном режиме, параллельно обслуживая запросы всех процессоров ЕРР. Системный модуль производит просмотр общей адресной таблицы и возвращает процессору найденную строку, которую тот буферизует в своем кэше для последующего использования.
После нахождения адреса назначения процессор ЕРР  знает, что нужно дальше делать с  поступающим кадром (во время просмотра  адресной таблицы процессор продолжал  буферизацию поступающих в порт байтов кадра). Если кадр нужно отфильтровать, процессор просто прекращает записывать в буфер байты кадра, очищает буфер и ждет поступления нового кадра.
Если же кадр нужно передать на другой порт, то процессор  обращается к коммутационной матрице  и пытается установить в ней путь, связывающий его порт с портом, через который идет маршрут к адресу назначения. Коммутационная матрица может это сделать только в том случае, когда порт адреса назначения в этот момент свободен, т. е. не соединен с другим портом.
Если же порт занят, то, как и в любом устройстве с коммутацией каналов, матрица в соединении отказывает. В этом случае кадр полностью буферизуется процессором входного порта, после чего процессор ожидает освобождения выходного порта и образования коммутационной матрицей нужного пути.
После того как нужный путь установлен, в него направляются буферизованные байты кадра, которые принимаются  процессором выходного порта. Как  только процессор выходного порта  получает доступ к подключенному  к нему сегменту Ethernet по алгоритму CSMA/CD, байты кадра сразу же начинают передаваться в сеть. Процессор входного порта постоянно хранит несколько байт принимаемого кадра в своем буфере, что позволяет ему независимо и асинхронно принимать и передавать байты кадра (Рис. 3).
При свободном  в момент приема кадра состоянии  выходного порта задержка между  приемом первого байта кадра  коммутатором и появлением этого  же байта на выходе порта адреса назначения составляла у коммутатора  компании Kalpana всего 40 мкс, что было гораздо меньше задержки кадра при его передаче мостом.
Рис. 3. Передача кадра через коммутационную матрицу
Описанный способ передачи кадра без его полной буферизации получил название комму-тации  «на лету» («on-the-fly») или «напролет» («cut-through»). Этот способ представляет, по сути, конвейерную обработку кадра, когда частично совмещаются во времени несколь-ко этапов его передачи.
    Прием первых байт кадра процессором входного порта, включая прием байт адреса наз-начения.
    Поиск адреса назначения в адресной таблице коммутатора (в кэше процессора или в общей таблице системного модуля).
    Коммутация матрицы.
    Прием остальных байт кадра процессором входного порта.
    Прием байт кадра (включая первые) процессором выходного порта через коммутационную матрицу.
    Получение доступа к среде процессором выходного порта.
    Передача байт кадра процессором выходного порта в сеть.
Этапы 2 и 3 совместить во времени нельзя, так как без  знания номера выходного порта операция коммутации матрицы не имеет смысла.
По сравнению с режимом полной буферизации кадра, также приведенном на Рис. 4, экономия от конвейеризации получается ощутимой.
Рис. 4. Экономия времени при конвейерной обработке кадра: а – конвейерная обработка; б – обычная обработка с полной буферизацией
Однако главной  причиной повышения производительности сети при использовании ком-мутатора является параллельная обработка нескольких кадров.
Этот эффект иллюстри-руется на Рис. 15. На рисунке изображена идеальная, в отно-шении повышения производитель-ности ситуация, когда четыре порта из восьми передают дан-ные с максимальной для протокола Ethernet скоростью 10 Мб/с, причем они передают эти данные на остальные четыре порта коммутатора не конфликтуя. При этом потоки данных между узлами сети распределились так, что для каждого принимающего кадры порта есть свой выходной порт. Если коммутатор успевает обрабатывать входной трафик даже при максимальной интенсивности поступления кадров на входные порты, то общая произво-дительность коммутатора в приведенном примере составит 4х10 = 40 Мбит/с, а при обоб-щении примера для N портов – (N/2)x10 Мбит/с. Говорят, что коммутатор предоставляет станции или логическому сегменту, подключенным к каждому из его портов, выделенную пропускную способность протокола.
Естественно, что в сети не всегда складывается такая ситуация, которая  изображена на Рис.5. Если двум станциям, например станциям, подключенным к  портам 3 и 4, одновре-менно нужно записывать данные на один и тот же сервер, подключенный к порту 8, то коммутатор не сможет выделить каждой станции поток данных по 10 Мбит/с, так как порт 8 не может передавать данные со скоростью 20 Мбит/с.
Рис. 1. Параллельная передача кадров коммутатором. 

Кадры станций  будут ожидать во внутренних очередях входных портов 3 и 4, когда освободится порт 8 для передачи очередного кадра. Очевидно, хорошим решением для такого распределения потоков данныхбыло бы подключение сервера к более высокоско-ростному порту, например Fast Ethernet.
Так как главное  достоинство коммутатора, благодаря  которому он завоевал очень хоро-шие  позиции в локальных сетях, это  его высокая производительность, то разработчики коммутаторов стараются  выпускать так называемые неблокирующие (non-blocking) модели коммутаторов
Неблокирующий коммутатор – это такой коммутатор, который может передавать кадры через свои порты с той же скоростью, с которой они на них поступают. Естественно, что даже неблоки-рующий коммутатор не может разрешить в течение долгого промежутка времени ситуации, подобные описанной выше, когда блокировка кадров происходит из-за ограниченной скорости выходного порта.
Обычно имеют  в виду устойчивый неблокирующий  режим работы коммутатора, когда  коммутатор передает кадры со скоростью их поступления в течение произвольного про-межутка времени. Для обеспечения такого режима нужно, естественно, такое распре-деление потоков кадров по выходным портам, чтобы они справлялись с нагрузкой, и коммутатор мог всегда в среднем передать на выходы столько кадров, сколько их посту-пило на входы. Если же входной поток кадров (просуммированный по всем портам) в среднем будет превышать выходной поток кадров (также просуммированный по всем портам), то кадры будут накапливаться в буферной памяти коммутатора, а при пре-вышении ее объема – просто отбрасываться. Для обеспечения неблокирующего режима коммутатора необходимо выполнение достаточно простого условия:   Ck = (?Cрi)/2,
где C– производительность коммутатора, Ср; – максимальная производительность протокола, поддерживаемого i-м портом коммутатора. Суммарная производительность портов учитывает каждый проходящий кадр дважды – как входящий кадр и как выхо-дящий, а так как в устойчивом режиме входной трафик равен выходному, то минимально достаточная производительность коммутатора для поддержки неблокирующего режима равна половине суммарной производительности портов. Если порт работает в полуду-плексном режиме, например в Ethernet 10 Мбит/с, то производительность порта Cpi равна 10 Мбит/с, а если в полнодуплексном, то его Сpi; будет составлять 20 Мбит/с.
Иногда говорят, что коммутатор поддерживает мгновенный неблокирующий режим. Это означает, что он может принимать и обрабатывать кадры от всех своих портов на макси-мальной  скорости протоколов, независимо от того, обеспечиваются ли условия устой-чивого равновесия между входным и выходным графиком. Правда, обработка некоторых кадров при этом может быть неполной – при занятости выходного порта кадр помещается в буфер коммутатора. Для поддержки неблокирующего мгновенного режима коммутатор должен обладать большей собственной производительностью, а именно, она должна быть равна суммарной производительности его портов:   Ck = ?Cpi.
Первый коммутатор для локальных сетей не случайно появился для технологии Ethernet. Кроме очевидной причины, связанной с наибольшей популярностью сетей Ethernet, су-ществовала и другая, не менее важная причина – эта технология больше других страдает от повышения времени ожидания доступа к среде при повышении загрузки сегмента. Поэтому сегменты Ethernet в крупных сетях в первую очередь нуждались в средстве разгрузки узких мест сети, и этим средством стали коммутаторы фирмы Kalpana, а затем и других компаний.
Некоторые компании стали развивать технологию коммутации для повышения производи-тельности других технологий локальных сетей, таких как Token Ring и FDDI. Эти комму-таторы поддерживали как алгоритм работы прозрачного моста, так и алгоритм моста с маршрутизацией от источника. Внутренняя организация коммутаторов различных произ-водителей иногда очень отличалась от структуры первого коммутатора EtherSwitch, од-нако принцип параллельной обработки кадров по каждому порту оставался неизменным,
Широкому применению коммутаторов, безусловно, способствовало то обстоятельство, что внедрение  технологии коммутации не требовало замены установленного в сетях оборудования – сетевых адаптеров, концентраторов, кабельной системы. Порты комму-таторов работали в обычном полудуплексном режиме, поэтому к ним прозрачно можно было подключить как конечный узел, так и концентратор, организующий целый логи-ческий сегмент.
Так как коммутаторы  и мосты прозрачны для протоколов сетевого уровня, то их появле-ние в  сети не оказало никакого влияния  на маршрутизаторы сети, если они там  имелись.
Удобство использования  коммутатора состоит еще и в том, что это самообучающееся устройство и, если администратор не нагружает его дополнительными функциями, кон-фигурировать его не обязательно – нужно только правильно подключить разъемы кабелей к портам коммутатора, а дальше он будет работать самостоятельно и эффективно выпол-нять поставленную перед ним задачу повышения производительности сети.
Характеристики, влияющие на производительность коммутаторов
Основными показателями коммутатора, характеризующими его  производительность, являются:
    скорость фильтрации кадров;
    скорость продвижения кадров;
    пропускная способность;
    задержка передачи кадра.
Кроме того, существует несколько характеристик коммутатора, которые в наибольшей степени  влияют на указанные характеристики производительности. К ним относятся:
    тип коммутации – «на лету» или с полной буферизацией;
    размер буфера (буферов) кадров;
    производительность внутренней шины;
    производительность процессора или процессоров;
    размер внутренней адресной таблицы.
Скорость  фильтрации и скорость продвижения
Скорость фильтрации и продвижения кадров – это две основные характеристики производительности коммутатора. Эти характеристики являются интегральными показателями, они не зависят от того, каким образом технически реализован коммутатор.
Скорость фильтрации (filtering) определяет скорость, с которой коммутатор выполняет следующие этапы обработки кадров:
    прием кадра в свой буфер;
    просмотр адресной таблицы с целью нахождения порта для адреса назначения кадра;
    уничтожение кадра, так как его порт назначения и порт источника принадлежат одному логическому сегменту.
Скорость фильтрации практически у всех коммутаторов является неблокирующей – коммутатор успевает отбрасывать кадры в темпе их поступления.
Скорость продвижения (forwarding) определяет скорость, с которой коммутатор выполняет следующие этапы обработки кадров.
    прием кадра в свой буфер;
    просмотр адресной таблицы с целью нахождения порта для адреса назначения кадра;
    передача кадра в сеть через найденный по адресной таблице порт назначения.
Как скорость фильтрации, так и скорость продвижения измеряются обычно в кадрах в секунду. Если в характеристиках коммутатора не уточняется, для какого протокола и для какого размера кадра приведены значения скоростей фильтрации и продвижения, то по умолчанию считается, что эти показатели даются для протокола Ethernet и кадров минимального размера, то есть кадров длиной 64 байт (без преамбулы) с полем данных в 46 байт. Если скорости указаны для какого-либо определенного протокола, – например Token Ring или FDDI, то они также даны для кадров минимальной длины этого протокола (например, кадров длины 29 байт для протокола FDDI). Применение в качестве основного показателя скорости работы коммутатора кадров минимальной длины объясняется тем, что такие кадры всегда создают для коммутатора наиболее тяжелый режим работы по сравнению с кадрами другого формата при равной пропускной способности переносимых пользовательских данных. Поэтому при проведении тестирования коммутатора режим передачи кадров минимальной длины используется как наиболее сложный тест, который должен проверить способность коммутатора работать при наихудшем сочетании параметров трафика. Кроме того, для пакетов минимальной длины скорость фильтрации и продвижения максимальна, что имеет немаловажное значение при рекламе коммутатора.
Пропускная способность  коммутатора измеряется количеством пользовательских данных (в мегабитах в секунду), переданных в единицу времени через его порты. Так как коммутатор работает на канальном уровне, для него пользовательскими данными являются те данные, которые переносятся в поле данных кадров протоколов канального уровня – Ethernet, Token Ring, FDDI и т. п. Максимальное значение пропускной способности коммутатора всегда достигается на кадрах максимальной длины, так как при этом доля накладных расходов на служебную информацию кадра гораздо ниже, чем для кадров минимальной длины, а время выполнения коммутатором операций по обработке кадра, приходящееся на один байт пользовательской информации, существенно меньше. Поэтому коммутатор может быть блокирующим для кадров минимальной длины, но при этом иметь очень хорошие показатели пропускной способности.
Задержка передачи кадра измеряется как время, прошедшее с момента прихода первого байта кадра на входной порт коммутатора до момента появления этого байта на его выходном порту. Задержка складывается из времени, затрачиваемого на буферизацию байт кадра, а также времени, затрачиваемого на обработку кадра коммутатором, – просмотра адресной таблицы, принятия решения о фильтрации или продвижении и получения доступа к среде выходного порта.
Величина вносимой коммутатором задержки зависит от режима его работы. Если коммутация осуществляется «на лету», то задержки обычно невелики и составляют от 5 до 40 мкс, а при  полной буферизации кадров – от 50 до 200 мкс (для кадров минимальной длины).
Коммутатор – это многопортовое устройство, поэтому для него принято все приведенные выше характеристики (кроме задержки передачи кадра) давать в двух вариантах. Первый вариант – суммарная производительность коммутатора при одновременной передаче трафика по всем его портам, второй вариант – производительность, приведенная в расчете на один порт. Обычно производители коммутаторов указывают общую максимальную пропускную способность устройства.
Коммутация  «на лету» или с буферизацией
На производительности коммутатора сказывается способ передачи пакетов – «на лету» или с буферизацией. Коммутаторы, передающие пакеты «на лету», вносят меньшие задержки передачи кадров на каждом промежуточном коммутаторе, поэтому общее уменьшение задержки доставки данных может быть значительным, что важно для мультимедийного трафика. Кроме того, выбранный способ коммутации оказывает влияние на возможности реализации некоторых полезных дополнительных функций, например трансляцию протоколов канального уровня. В табл. 13 дается сравнение возможностей двух способов коммутации.
Средняя величина задержки коммутаторов, работающих «на  лету», при высокой нагрузке объясняется  тем, что в этом случае выходной порт часто бывает занят приемом другого  пакета, поэтому вновь поступивший пакет для данного порта все равно приходится буферизовать.
Коммутатор, работающий «на лету», может выполнять проверку некорректности передаваемых кадров, но не может изъять плохой кадр из сети, так как часть его байт (и, как  правило, большая часть) уже переданы в сеть.
Таблица 13
Возможности коммутаторов при коммутации «на лету» и  с полной буферизацией
Функция На лету С буферизацией
Защита  от плохих кадров – i Нет Да
Поддержка разнородных сетей (Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM) Нет Да
Задержка  передачи пакетов Низкая (5-40 мкс) при низкой нагрузке, средняя при  высокой нагрузке Средняя при  любой нагрузке
Поддержка резервных связей Нет Да
Функция анализа трафика Нет Да
 
Так как каждый способ имеет свои достоинства и  недостатки, в тех моделях коммутаторов, которым не нужно транслировать протоколы, иногда применяется механизм адаптивной смены режима работы коммутатора. Основной режим такого коммутатора – коммутация «на лету», но коммутатор постоянно контролирует трафик и при превышении интенсивности появления плохих кадров некоторого порога переходит на режим полной буферизации. Затем коммутатор может вернуться к коммутации «на лету».
Размер  адресной таблицы
Максимальная  емкость адресной таблицы определяет предельное количество МАС-адре-сов, с которыми может одновременно оперировать коммутатор. Так как коммутаторы чаще всего используют для выполнения операций каждого порта выделенный процессор-ный блок со своей памятью для хранения экземпляра адресной таблицы, то размер адрес-ной таблицы для коммутаторов обычно приводится в расчете на один порт. Экземпляры адресной таблицы разных процессорных модулей не обязательно содержат одну и ту же адресную информацию – скорее всего, повторяющихся адресов будет не так много, если только распределение трафика каждого порта между остальными портами не полностью равновероятно. Каждый порт хранит только те наборы адресов, с которыми он работал в последнее время.
Значение максимального  числа МАС-адресов, которое может  запомнить процессор порта, зависит от области применения коммутатора. Коммутаторы рабочих групп обычно под-держивают всего несколько адресов на порт, так как они предназначены для образования микросегментов. Коммутаторы отделов должны поддерживать несколько сотен адресов, а коммутаторы магистралей сетей – до нескольких тысяч, обычно 4000–8000 адресов.
Недостаточная емкость адресной таблицы может  служить причиной замедления работы коммутатора и засорения сети избыточным трафиком. Если адресная таблица  процессора порта полностью заполнена, а он встречает новый адрес источника в поступившем пакете, процессор должен вытеснить из таблицы какой-либо старый адрес и поместить на его место новый. Эта операция сама по себе отнимет у процессора часть времени, но главные потери производительности будут наблюдаться при поступлении кадра с адресом назначе-ния, который пришлось удалить из адресной таблицы. Так как адрес назначения кадра не-известен, то коммутатор должен передать этот кадр на все остальные порты. Эта операция будет создавать лишнюю работу для многих процессоров портов, кроме того, копии этого кадра будут попадать и на те сегменты сети, где они совсем не обязательны.
Некоторые производители  коммутаторов решают эту проблему за счет изменения алго-ритма обработки  кадров с неизвестным адресом  назначения. Один из портов коммутатора конфигурируется как магистральный порт, на который по умолчанию передаются все кад-ры с неизвестным адресом. В маршрутизаторах такой прием применяется давно, позволяя сократить размеры адресных таблиц в сетях, организованных по иерархическому принципу.
Передача кадра  на магистральный порт производится в расчете на то, что этот порт под-ключен к вышестоящему коммутатору  при иерархическом соединении коммутаторов в крупной сети, который имеет  достаточную емкость адресной таблицы и знает, куда нужно передать любой кадр.
Объем буфера кадров
Внутренняя буферная память коммутатора нужна для  временного хранения кадров дан-ных  в тех случаях, когда их невозможно немедленно передать на выходной порт. Буфер предназначен для сглаживания кратковременных пульсаций трафика. Ведь даже если трафик хорошо сбалансирован и производительность процессоров портов, а также других обрабатывающих элементов коммутатора достаточна для передачи средних значений трафика, это не гарантирует, что их производительности хватит при пиковых значениях нагрузок. Например, трафик может в течение нескольких десятков миллисекунд поступать одновременно на все входы коммутатора, не давая ему возможности передавать прини-маемые кадры на выходные порты.
Для предотвращения потерь кадров при кратковременном многократном превышении среднего значения интенсивности трафика (а для локальных сетей часто встречаются зна-чения коэффициента пульсации трафика в диапазоне 50-100) единственным средством служит буфер большого объема. Как и в случае адресных таблиц, каждый процессорный модуль порта обычно имеет свою буферную память для хранения кадров. Чем больше объем этой памяти, тем менее вероятны потери кадров при перегрузках, хотя при несба-лансированности средних значений трафика буфер все равно переполнится.
Обычно коммутаторы, предназначенные для работы в  ответственных частях сети, имеют  буферную память объемом несколько  десятков или сотен килобайт в  расчете на порт. Хорошо, когда эту  буферную память можно перераспределять между несколькими портами, так как одновременные перегрузки по нескольким портам маловероятны. Дополнительным средством защиты может служить общий для всех портов буфер в модуле управления коммутатором. Такой буфер обычно имеет объем в несколько мгбайт.

Контрольных вопросы

    Что такое  структурированная кабельная система?
    Как влияет на производительность сети пропускная способность сетевого адаптера и пропускная способность порта концентратора?
    Имеются ли отличия в работе сетевых адаптеров, соединяющих компьютер с коммутатором или с мостом, или с концентратором?
    Каким образом мост/коммутатор строит свою внутреннюю таблицу?
    Что случится, если во время работы моста/коммутатора произойдет реконфигурация сети, например, будут подключены новые компьютеры?
    О чем говорит размер внутренней адресной таблицы моста? Что произойдет, если таблица переполнится?
    Можно ли утверждать, что у любого коммутатора скорости продвижения не выше скорости фильтрации?
    Пусть на предприятии имеются две изолированные рабочие группы, в каждой из которых имеется свой сервер. В каких случаях лучше использовать:
      Два отдельных концентратора?
      Два концентратора, объединенные в стек?
      один общий концентратор с большим количеством портов?
    Почему полнодуплексный Ethernet не поддерживается в концентраторах?
    Каким образом коммутатор может управлять потоком пакетов, поступающих от сетевых адаптеров станций сети?
    Почему недорогие коммутаторы, выполняющие ограниченное число функций, обычно работают по быстрому алгоритму обработки пакетов «на лету», а дорогие коммутаторы, с большим числом функций – по более медленному алгоритму буферизации пакетов?
    Какая информация содержится в таблицах мостов/коммутаторов и маршрутизаторов?
Варианты заданий по лабораторной работе
№ вар. Тип коммутатора
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.