[конспект доклада IFF] Ряполов Михаил "технология Ehternet. Устройство и логика работы Ehternet-коммутаторов"

ПРИМЕЧАНИЕ: друзья, это не статья - это лишь мой конспект, сделанный в режиме "реального времени" -пока я слушал указанный в заголовке доклад =)

Одномодовое и многомодовое оптоволокно.
Категории витых пар.

В 2010 появляется стандарт на 40 и 100 гигабит.
Стандарт - это круто, но момент его принятия - это то, когда появляется полная
документация - но до реального применения проходит год-два.

В универе 10 гигабит - сеть появилась только в 2012-ом.
Кабели:
1) медный - четыре пары скрученных проводников. - внешняя оболочка соединяет.
Бывают варианты экранированной витой пары - там проводники дополнительно
закрываются фольгой.

FTP - экранированная витая пара,
FTP Cat6a - не только экранирована, но есть спец проволка для усиления кабеля.

чем отличаются 5е и 6а ?

Полоса пропускания - для 1-ой - 100 МГЦ, а для второй - 200 Мгц
Чем выше полоса пропускания - тем выше скорость.
Но чем шире полоса - тем большая защита от наводок нужна.
В этом смысле очень неплохим решением является оптика - но работа с ней (монтаж) -
весьма затратна.

Оптоволкно бывает также для внутренней и внешней прокладки (в зданиях и на улице)

Существуют три длины волны для оптоволкна:

  1. 850 нано метров - хуже всего - но проще всего сделать такой источник света
  2. 1310
  3. 1550

Из-за того, что толщина центральной жилы в одномодовом волокне мала - точность
светящего оборудования требуется значительная.

Для эзеренет есть трансиверы на 40 километров.

Теперь мы можем перейти к канальному уровню.

Первоначально эзернет разрабатывался как вариант дешёвой сети - здесь хотели построить с сеть с минимальным количеством дополнительного оборудования -
типа только провода и компы.

Использовался алгоритм CSMA/CD
CSMA (множественный доступ+ контроль несущей, тут надо понять - кто из компьютеров
может "говорить" в данный момент,)

CD (детектирования коллизий)

бывают варианты - когда надо отправить что-то всем - здесь всё просто.
но обычно речь идёт об адресной доставке - здесь можно говорить об имени -
но в компьютерных сетях обрабатывать имя не слишком удобно -
поэтому в качестве адреса используют число, которое называют MAC адресом -
этот адрес позволяет указать какой именно станции мы хотим передать данные.

- здесь -на общем проводе - сигнал услышат все - но обработает его
только та машина, которой сигнал был адресован
(все проверяют - совпадает
ли подписанный адрес с их мак адресом)

Детектирование коллизий (CD) - когда одновременно передают несколько станций
уровень сигнала в сети растёт - это позволяет понять, что сейчас что-то не так -
надо помолчать
.

Когда станция замечает, что имеет место коллизия - каждая станция передаёт специальный шумовой сигнал - 32 бита.
Здесь надо, чтобы станции успели принять этот сигнал - может случиться так, что
сигнал не успеет дойти до конца сети.

Максимальный размер сегмента сети- для первоначального сегмента был = 500 метров.

вопрос:

[что значит что сигнал не успеет дойти? что будет если он не успеет дойти - этот шумовой сигнал?]

Пусть две станции начали что-то передавать в сеть - если они это заметили и просто замолчали - то их соседи могут об этом не знать - и тоже начать что-то передавать.

чтобы оповестить побочных участников -испускают шумовой сигнал - чтобы все услышали и все замолчали.
для работы ethernet-a достаточно витой пары - это очень удобно.

Формат кадра Ethernet:

  • 1) SOF - 8 байт - для синхронизации напряжения в сети
  • 2) destination MAC - адрес назначения
  • 3) мак источника
  • 4) данные
  • 5) специальное поле контрольной суммы (FCS)

Повторная передача на уровне Ethernet в случае ошибки

Повторная передача на уровне Ethernet (в стандарте) не производится (битые кадры просто отбрасываются) -
за это отвечает некоторый протокол более высокого уровня - транспортного

LLC

LLC - это стандартный уровень ,который может работать поверх любых протоколов.
По первой половине MAC адреса можно узнать производителя оборудования.

Если 8-ой бит - это ноль - то то значит это индивидуальный мак.

На канальном уровне кроме юникастовых- для одного - есть форматы и для всех -
FFFFFFFF, также есть ещё групповая рассылка - на которую можно подписаться и слушать-
но здесь нужно спец. поддержка со стороны коммутаторов - иначе она работает
как широковещательная.

Концентратор (хаб)

Концентратор (хаб) -занимается просто ретрансляцией сигналов.
В отличии от общей шины - отключение одной машины -в смысле разрыва провода , при использовании концентратора к развалу сети не приведёт.

Но в концентраторе остаётся проблема перегрузки сети - те, где происходят коллизии.
Тогда придумали сетевые мосты (на схемах обозначаются двумя стрелками).

Сетевые мосты

Сетевые мосты также работают исключительно на канальном уровне.

Но сетевые мосты - это фактически двухпортовый коммутатор.

При использовании коммутатора можно сделать так чтобы была возможность одновременно
передавать и принимать данные.

Чем меньше узлов в домене коллизиций - тем лучше, лучший вариант -
когда всего два узла - сам комп и порт коммутатора, а при полном дуплексе -
коллизия исчезает вообще.

Тем не менее на канальном уровне есть широковещательные запросы.
У 10-мегабитного стандарта уже был полный дуплекс.
Уже для гигабита полудуплекс (полудуплекс - "когда можно либо "говорить" в провод либо "слушать"") как бы не используется.

Теперь - для проводных сетей о полудуплексе как бы забыли.

Откуда беруться MAC адреса?

в тот момент когда коммутатор включается - его таблица адресов пустая -
здесь он ведёт себя как хаб - что-то рассылает всем.
(кстати - есть атака, которая переводит коммутатор в режим хаба).
Получив ответы от узлов - коммутатор строит таблицу и перестаёт работать
как хаб -а начинает уже адресацию на канальном уровне.

Итак - домен коллизиии может быть фиксированного размера.
При использовании коммутатора единственный критичный момент -
расстояние от коммутатора до узла.

Внутреннее устройство коммутатора:

1) Уровень управление - здесь можно получить какие-то настройки от пользователя -
у самых "тупых" но дешёвых коммутаторов этого уровня может практически не быть.
то есть для исполнение управляющего софта занимается отдельный процессор -
2) а вот для передачи данных используется специализированная микросхема - которая
будет работать значительно быстрее.
3) Специальные интегральные схемы или ПЛИС - которые обеспечивают работу предыдущих двух уровней. То есть на ПЛИС может быть реализован и уровень управления и
уровень управления.
4) Есть ОЗУ - оперативная память, некоторое количество памяти требуется для временного
хранения пакетов. либо складывают в кучу со всех партов - либо есть сегменты для
каждого порта
5) ПЗУ - здесь хранится прошивка коммутатора
6) блоки питания и системы охлаждения.

Характеристики коммутаторов:

В зависимости от размеры таблицы мак адресов - можно запомнить разное их количество-
так можно выполнить переполнение - с этим можно бороться ограничив
количество кадров с новыми мак адресами с одного порта.

Итак характеристики:

  • 1) Количество портов и из скорость
  • 2) скорость пересылки (количество битов, которые можно пробросить не глядя) - скорость пересылки внутри коммутатора - между портами.
  • 3) Скорость обработки пакетов (анализ мак адреса и пересылка)
  • 4) Задержка
  • 5) Размер таблицы MAC адресов
  • 6) Поддержка дополнительных функций - например какого-то функционала, связанного с сетевым уровнем (Layer 3)

В коммутаторах бывают особенные порты, куда можно вставить оптические трансиверы.

Все порты могут иметь одинаковые скорости - либо разные.

Оптические порты часто имеют большую скорость чем "медные".
В случае если требуется соединить два коммутатора - при использовании
пачкорда может сильно упасть скорость (на участке соединения).

Модульные коммутаторы - там есть отдельный модуль управления и несколько модулей
для разных типов портов.

Пачкорд обычно подключат к магистрали, а магистраль - ещё одним пачкордом (двухсторонним - с двумя вилками проводом) к порту коммутатора.

В частности -магистраль можно экранировать и заземлить - тогда в случае грозы порты не сгорят.