Studij FER-2 Studijski program

Računarstvo VI semestar

Modul Telekomunikacije i informatika Predmet

Lokalne mreže

(preporučeni izborni predmet modula)

Komutatori u lokalnim mrežama – prvi dio –

ZTEL

doc. dr. sc. Željko Ilić

Podjela komutatora u LAN-ovima

 LAN-komutator (LAN switch) = most s većim brojem priključaka (

port

)   drugi naziv: komutator drugog sloja (

Layer 2 switch

)

Ethernet switch

– ethernetski komutator drugog sloja  podjela prema kapacitetu, tj. broju priključaka  

komutatori radne skupine

(workgroup), i

komutatori temeljnog dijela LAN-a

(departmental, backbone, campus)  komutatori mogu koristiti  

naizmjenični dvosmjerni

i način rada Komutatori u lokalnim mrežama - prvi dio 2/20

Osnovno načelo rada komutatora

 slanje na jedno odredište  razašiljanje  slanje okvira na sve priključke osim na onaj po kojem je okvir primljen  slanje na veći broj odredišta   prvi komutatori – razašiljanje noviji komutatori – IGMP (engl. Inter Group Management Protocol) snooping, GMRP (engl. GARP Multicast Regist. Protocol) Komutatori u lokalnim mrežama - prvi dio 3/20

Arhitektura ethernetskog komutatora

centralni procesor tablica komutiranja (MAC, port)

ethernetski komutator

komutacijsko polje spremnik ulazni priključak 1 MDI Komutatori u lokalnim mrežama - prvi dio MDI izlazni priključak 1 izlazni priključak N MDI MDI ulazni priključak N 4/20

Blokiranje u komutatorima u LAN-ovima

E D A D B F C D E F E D A D B F C D E F  HOL-blokiranje HOL-blokiranje u zagušenju rješenje za izbjegavanje HOL -blokiranja(Head- of-Line): ne koristiti ulazne spremnike Komutatori u lokalnim mrežama - prvi dio 5/20

Veličina spremnika u komutatorima u LAN-u

 veličina spremnika varira od čvora do čvora  koriste se   fiksni spremnici za svaki priključak posebno, ili zajednički memorijski prostor za sve priključke  tipične veličine  od 32 KB (21 okvir od 1518 okteta) do 500 KB (330 okvira maksimalne duljine);  veličina spremnika ovisi o sljedećim faktorima  korištene aplikacije , mrežni operacijski sustav , broj uređaja koji koriste mrežne aplikacije , frekvencija kojom krajnji uređaji pozivaju mrežnu aplikaciju Komutatori u lokalnim mrežama - prvi dio 6/20

Protokolna arhitektura ethernetskog komutatora

STP GMRP SNMP UDP IP IGMP snooping GMRP STP entitet LLC-a agregacija linkova entitet MAC-a ucenje, filtriranje i prosljedivanje entitet LLC-a agregacija linkova entitet MAC-a fizicki sloj port

M

fizicki sloj port

N

prijenosni mediji Komutatori u lokalnim mrežama - prvi dio 7/20

Načelo komutiranja store-and-forward

 dva osnovna načina komutiranja  

store-and-forward

( spremi pa proslijedi ), i

cut-through

( pročitaj adresu pa proslijedi ) 

store and forward

      sprema cijeli okvir u spremnik provjerava ispravnost okvira ( CRC ) odbacuje premalene (fragment, runt), prevelike i neispravne okvire ispravni okvir prosljeđuje na određeni izlaz pomoću tablice komutiranja

prednost

: otporniji na pogreške  razlog: primjena metode CRC , odbacivanje neispravnih okvira

mana

: unosi povećano kašnjenje Komutatori u lokalnim mrežama - prvi dio 8/20

Načelo komutiranja cut-through



cut-through



true

cut-through – (čita samo DA, 6 okteta)  

fragment-free

okteta, i cut-through – čita prvih 64

adaptive

cut-through – kombinacija tehnika cut-through i store-and-forward 

prednost:

pruža manje kašnjenje u čvoru 

mane:

  veći rizik od propagiranja neispravnih okvira LAN-om ne može se koristiti između priključaka koji imaju različite prijenosne brzine Komutatori u lokalnim mrežama - prvi dio 9/20

Zagušenje u ethernetskim komutatorima

 najgori slučaj brzinom : N-1 priključaka šalje okvire na jedan preostali priključak maksimalnom    takav se slučaj rijetko događa – koriste se spremnici najveći rizik od gubitka okvira na strani poslužitelja  kad su svi priključci na komutatoru jednake brzine uvođenje brzog linka na komutatoru  otklanja usko grlo na strani poslužitelja, i  pomiče točku zagušenja prema priključcima niže brzine  ako u komutatoru nema upravljanja tokom bolje je koristiti naizmjenični umjesto dvosmjernog načina prijenosa Komutatori u lokalnim mrežama - prvi dio 10/20

Primjer zagušenja u ethernetskom komutatoru

LAN komutator 10/100 Mbit/s komutacijsko polje zagušenje spremnika spremnik priključak 10 Mbit/s poslužitelj priključak 100 Mbit/s klijent . . .

klijent Komutatori u lokalnim mrežama - prvi dio 11/20

Upravljanje prometnim tokovima

 glavni cilj upravljanja prometnim tokovima  usporiti predajnik uređaja koji generira veliki promet  u CSMA/CD tu ulogu je imala detekcija kolizije ( CD )  tri metode u ethernetskim LAN-ovima 

backpressure

,  

carrier extension

, i

okviri PAUSE

 simetrično i asimetrično upravljanje ( AFC, engl. Asymmetric

Flow Control

)   backpressure i carrier extension – za naizmjenični rad okviri PAUSE za dvosmjerni način rada  preporukom IEEE 802.3x

određeno je upravljanje tokovima ( FC –

Flow Control

) Komutatori u lokalnim mrežama - prvi dio 12/20

Upravljanje prometnim tokovima u naizmjeničnom načinu rada

 upravljanje prometnim tokovima metodom

backpressure

– lažni signal kolizije   koristi se samo u naizmjeničnom načinu rada nedostatak:

backoff

eksponencijalno u DTE-u može narasti  produljenje nosioca ( CE     -

Carrier Extension

) čvor šalje signal CE prema DTE-u koji ga zagušuje DTE odgađa slanje za poslije (za vrijeme nakon isteka CE) nakon isteka zagušenja – čvor uklanja CE glavna razlika u odnosu na backpressure: pokreće TBEB DTE ne Komutatori u lokalnim mrežama - prvi dio 13/20

Podsloj upravljanja MAC-om

6 okteta oktet odredišna adresa 01-80-C2-00-00-01 viši slojevi klijent upravljanja MAC-om (npr. LLC) 6 okteta 2 okteta 2 okteta izvorišna adresa ( pridjeljena priključku koji šalje okvir) tip okvira = x'88-08 upravljački MAC kod okteti unutar okvira šalju se odozgo prema dolje podsloj upravljanja MAC-om (opcija) podsloj MAC 44 okteta specifična upravljačka informacija i PAD (svi bitovi 0) fizički sloj 4 okteta FCS podsloj upravljanja MAC-om (MAC Control) LSB b0 bitovi unutar okvira šalju se s lijeva na desno b7 MSB format upravljačkog okvira sloj podatkovnog linka Komutatori u lokalnim mrežama - prvi dio 14/20

broj okteta 6 oktet odredišna MAC adresa (za okvire PAUSE = 0x01-80-C2-00-00-01) 2 2 2 6 izvorišna MAC adresa ( oznacava prikljucak koji šalje okvir PAUSE) EtherType = 0x88-08 MAC Control Opcode (za okvire PAUSE = 0x00-01) PAUSE Time 42

Način djelovanja okvira PAUSE (IEEE 802.3x)

rezervirano (binarne 0) klijent MAC-a (npr. LLC) (1) klijent MAC-a zahtijeva upravljanje prometnim tokovima jer podsloj MAC je u mrežnom uređaju A nastupilo zagušenje upravljanja (2) podsloj MAC upravljanja šalje okvir PAUSE podsloj MAC

mrežni uređaj A Ethernet link

okvir PAUSE klijent MAC-a (npr. LLC) podsloj MAC upravljanja (4) pokrenut je PAUSE brojač (3) okvir PAUSE (5) zaustavljeno slanje paketa podsloj MAC

mrežni uređaj B

4 FCS Komutatori u lokalnim mrežama - prvi dio 15/20

Performanse ethernetskog komutatora

1 Gbit/s komutacijski čvor 100/1000 poslužitelj klijent 100 Mbit/s klijent 100 Mbit/s klijent 100 Mbit/s klijent 100 Mbit/s klijent 100 Mbit/s klijent 100 Mbit/s klijent 100 Mbit/s klijent 100 Mbit/s  kapacitet komutiranja (

switching capacity

) ili propusnost komutatora:  8  2  0,100 + 1  2  1 = 3,6 Gbit/s; Komutatori u lokalnim mrežama - prvi dio 16/20

Pravila dizajniranja LAN a pomoću komutatora

 izbjegavati izravnu zamjenu

shared

–

switched

 ugoditi propusnost mjerenjem prometa  za multimediju svakom DTE-u vlastiti priključak na čvor  mjerenjem ustanoviti da li koristiti

cut-through

ili

store-and-forward

 održavati aktivnost na svakom segmentu na max. 50%  čvor u temeljnoj mreži mora imati velike spremnike Komutatori u lokalnim mrežama - prvi dio 17/20

Slanje okvira na veći broj odredišta

  višeodredišno slanje odvija se na dvije razine     unutar lokalne mreže – IGMP snooping i GMRP na razini jezgre mreže – višeodredišno usmjeravanje (PIM, DVMRP) PIM (Protocol Independent Multicast) DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol) višeodredišno usmjeravanje protokoli višeodredišnog slanja moraju odrediti put na razini mreže kojim će se paketi distribuirati članovima skupina prijava članova Komutatori u lokalnim mrežama - prvi dio 18/20

Prijava krajnjih uređaja u višeodredišne skupine

 protokol IGMP snooping  upravlja članstvom u višeodredišnim skupinama  višeodredišni se paketi šalju samo članovima preslikavanje višeodredišne IP-adrese u MAC-adresu 224.0.0.0

IP-zaglavlje IP DA 224.

2

.

5

.

9

.

 alternativa – protokol GMRP općeniti upit Podaci MAC DA = 0x01-00-5E-

02

-

05

-

09

MAC SA 0x08-00 IP-zaglavlje IP DA 224.

2

.

5

.

9

.

Podaci krajnji uređaj ili usmjerivač usmjerivač-ispitvač (query router, po jedan za svaku mrežu) izvješće o priključenju ili nema odziva skupina A IP-datagram skupina B FCS Ethernet-okvir  krajni uređaj može  priključiti se skupini   ne priključiti se skupini napustiti skupinu Komutatori u lokalnim mrežama - prvi dio mreža usmjerivač 2 – odgovoran za distribuciju višeodredišnih paketa skupini B usmjerivač 1 – odgovoran za distribuciju višeodredišnih paketa skupini A 19/20

Preslikavanje IP adrese u MAC adresu

 IP adresa višeodredišnog slanja   klasa (razred) D pojas od 224.0.0.0 do 239.255.255.255

IP adresa 224 E0 2 02 5 05 9 09 1110 0000 0000 0010 0000 0110 0000 1001 osnovna ethernetska MAC adresa za višeodredišno slanje (0x01-00-5E-00-00-00) 0000 0001 0000 0000 0101 1110 000 0010 0000 0000 0000 0110 + 0000 0000 = 05 02 0000 1001 0000 0000 09 01 00 5E konacna MAC adresa Komutatori u lokalnim mrežama - prvi dio 20/20