Kommutatorlarning qurilishi, ishlash xususiyatlari va texnik parametrlari

3.1.Kommutatorlarning qurilishi, ishlash xususiyatlari va texnik parametrlari
Kommutatorlarning qurilishi va ishlashining xususiyatlari
Yuqori unumdor, tezkor kompyuterlar, multimediali ishlov berish texnologiyalarining paydo boʻlishi, tarmoqning koʻp sonli segmentlarga boʻlinishi bilan klassik koʻpriklar, ularga oʻxshash boʻlgan kommutatorlar ishlay boshladi. Endi bir necha portlar orasidagi kadrlar oqimiga bir protsessorli blok qoʻshilishi yordamida xizmat koʻrsatish protsessorining tez ishlashini sezilarli orttirish talab qilindi. Har bir portga keladigan oqimga xizmat koʻrsatish uchun qurilmaga koʻprik algoritmini ishlatadigan alohida maxsuslashtirilgan protsessor qoʻyilishiga muvofiq yechim samarali boʻldi. Zarnonaviy kommutator bu oʻzining barcha portiar juftliklari orasida birdaniga parallel ravishda kadrlarni harakatlantirishga qodir boʻlgan multiprotsessorli koʻprikdir. Kommutatorning protsessorlari, protsessorlarni xotira bloklari bilan bogʻlaydigan multiprotsessorli kompyuterlar matritsalariga oʻxshash boʻlgan kommutatsion matritsa orqali bogʻlaydi.
Vaqt oʻtishi bilan kommutatorlar mahalliy tarmoqlardan klassik bir protsessorli koʻpriklarni chiqarib tashladi. Buning asosiy sababi tarmoq segmentlari orasida kommutatorlar uzatadigan kadrlarning sezilarli yuqori unumdorligi boʻldi. Agar koʻpriklar ba'zan tarmoqning ishlashini sekinlashtirsa, unda kommutatorlar doimo protokollar hisoblangan darajadagi maksimal tezliklarda kadrlarni uzatishi mumkin boʻlgan portlar protsessorlar bilan ishlab chiqarildi. Bunga parallel ravishda portlar orasida kadrlarni uzatish imkoniyatlari kommutatorlar arxitekturasining quvvatli rivojlanishini ta’minladi. Natijada zamonaviy kommutatorlarning unumdorligi yuqorida koʻrib chiqilgan koʻprik/kommutatorlardan bir necha tartiblarga yuqori boʻldi. Agar ular sekundiga 5 mingtagacha kadrlarni qayta ishlasa, unda zarnonaviy kommutatorlar sekundiga bir necha millionlargacha kadrlarni uzatishi mumkin.
Ethernet segmentlarini kommutatsiyalash texnologiyasi ishchi stansiyalar segmentlari bilan yuqori unumdor serverlar aloqalarining oʻtkazish xususiyatlarini oshirishga boʻlgan talablarning oʻsishiga javoban 1990-yilda ishlab chiqildi. Bunday turdagi kommutatorda boʻsh boʻlganda, kadrni qabul qilish momentida chiqish portining holatida kadrning birinchi konsentrator ishlab chiqaruvchilar bu funksiyani oʻzlarining hususiy yechimlari orqali qoʻllab-quvvatlashgan. Masalan, Ethernet konsentratorlari sirtmoqsiz iyerarxik aloqalarni hosil qilishi mumkin, shuning uchun ham zaxiradagi sohalar har doim tarmoqning ish mantigʻini buzmasligi uchun uzilgan portlarni bogʻlashi kerak. Odatda, konsentratorlami konfiguratsiyalashda ma’murlar qaysi port asosiy va qaysilari zaxira ekanligini aniqlashi kerak. Agar biror sababga koʻra port uzilsa (avtosegmentlash mexanizmi ishga tushadi), konsentrator uning zaxiradagi portini aktiv holatga oʻtkazadi.
Ruxsatsiz kirishdan himoyalash. Ajratiluvchi muhit ruxsatsiz tarmoqni eshitish va kuzatilayotgan ma’lumotga ega boʻlish uchun juda qulay imkoniyat yaratadi. Buning uchun ma’lumot oqimini tahlil qiluvchi dastur oʻrnatilgan kompyuterni konsentratorning boʻsh razyomiga ulash, tarmoq boʻylab oʻquvchi grafikni diskka yozish, bundan soʻng esa kerakli axborotni ajratib olish yetarli hisoblanadi. Shuning uchun konsentratorlarni ishlab chiqaruvchilar ajratiladigan muhitlarga ma’lum bir ma’lumotlarni himoyalash vositalarini taqdim etishadi.
Bir muncha oddiy vosita - bu konsentratorlar portlariga ruxsat etilgan
MAS-manzillarni belgilash. Standart Ethernet konsentrator portlari
MAS-manzillarga ega boʻlmaydi. Himoya shundan iborat boʻladiki, bunda ma’mur qoʻlda konsentratorning har bir portini biror-bir MAS-manzilga bogʻlaydi. Bu MAS-manzil ushbu portga bogʻlanishga ruxsat etilgan stansiyaning manzili hisoblanadi. Ma’lumotlami himoyalashning ushbu usulini amalga oshirish uchun konsentratorni oldindan konfiguratsiyalash kerak. Buning uchun konsentrator boshqaruv blokiga ega boʻlishi kerak. Bunday konsentratorlar odatda, intellektual deb ataladi. Boshqaruv bloki oʻzida ichki dasturiy ta’minoti bilan ihcham hisoblash blokini oʻzida aks ettiradi. Ma’mur bilan boshqaruv blokining oʻzaro aloqasi uchun konsentrator konsol portiga (koʻproq RS-232-485) ega boʻlib, unga terminal yoki terminalni emulyatsiyalash dasturi bilan shaxsiy kompyuter ulanadi. Terminalni (paydo boʻlishi orasidagt kechikish (задержка) 40 mks ni tashkil etdi, bu (koʻprik orqali kadmi uzatishdagi kechikishdan ancha kichik boʻladi.
IGBase-T texnologiyasining har bir 8 ta portiga Ethernet paketlarining alohida porti (PP) orqali xizmat koʻrsatiladi. Bundan tashqari, kommutator PP ning barcha protsessorlarining ishlashini boshqaradigan, xususan kommutatorning umumiy manzili jadvalini olib boradigan tizimli modulga ega.
Portlar orasida kadrlami uzatish uchun kommutatsion matritsadan foydalaniladi. U kommutatorning portlarini bogʻlash bilan kanallarni kommutatsiyalash printsipi boʻyicha ishlaydi. Matritsa 8 ta portlar uchun bir vaqtda portlarning yarim dupleks ish tartibida 8 ta kanalni va har bir portning uzatuvchi va qabul qiluvchi bir-birlaridan mustaqil ravishda ishlaydigan dupleks ish tartibida 16 ta kanalni ta’minlashi mumkin.
Qandaydir portga kadr kelganida PP ning mos protsessori joʻnatish manzilini oʻqish uchun kadming bir necha birinchi baytlarini buferga joylashtiradi. Joʻnatish manzili olinganidan keyinoq protsessor kadrning qolgan baytlarini kelishini kutmasdan unga ishlov berishga tushadi.
1.PP protsessori manzilli jadvalda oʻz keshini koʻrib chiqadi, agar u yerda u kerakli manzilni topmasa, tizimli modulga murojaat qiladi. Tizimli modul PP ning barcha protsessorlarning soʻrovlariga xizmat qilish bilan parallel ravishda koʻp dasturiy ish tartibida ishlaydi. U umumiy manzilli jadvalni koʻrib chiqishni amalga oshiradi va protsessorni topilgan satrga qaytaradi. Protsessor keyingi ishlatish uchun kerakli manzilni oʻzining keshiga buferga joylashtiradi.
2.Agar joʻnatish manzili umumiy manzil manzilli jadvalda topilgan boʻlsa va kadrni filtrlash kerak boʻlsa, protsessor buferlab baytlarni yozishni toʻxtatadi, buferni tozalaydi va yangi kadrning kelishini kutadi.
3.Agar manzil topilgan va kadrni boshqa portga uzatish kerak boʻlsa, protsessor buferga kadrlarni qabul qilishni davom ettirib kommutatsion matritsaga murojaat qiladi. Protsessor yuborish manziliga u orqali marshrut boradigan port bilan uning portini bogʻlaydigan yoʻlni oʻrnatishga urinadi.
4.Kommutatsion matritsa buni bu momentga kelib joʻnatish manzili, porti boʻsh boʻlganda, ya’ni bu kommutatorning boshqa porti bilan bogʻlanmagan boʻlganda amalga oshirishi mumkin.
5.Agar port band boʻlsa, u holda, barcha kanallar kommutatsiyalanadigan qurilmalardagi kabi matritsa bogʻlanishga ruxsat etmaydi.
Kommutatordan foydalanilganda tarmoqning unumdorligini oshirishning bosh usullaridan biri bir necha kadrlarga parallel ishlov berish hisoblanadi. Bu samarani unumdorlikning ideal holati tasvirlangan 3.2-rasrn ifodalaydi. Bunda 8 portlardan 4 tasi Ethernet protokoli uchun maksimal boʻlgan 10 Mbit/s tezlikda ma’lumotlarni uzatadi. Binobarin, ular bu ma’lumotlarni qolgan toʻrtta portlarga bahslarsiz uzatadi. Tarmoqning bogʻlamalari orasidagi ma’lumotlar oqimlari shunday taqsimlanganki, kadrlarning har bir qabul qiluvchi porti uchun oʻz chiqish porti mavjud (kompyuterlar orasidagi kadrlar oqimlari 1,2,3,4 tarzda belgilangan). Agar kommutator kirish portlariga kadrlarning kelishini maksimal intensivlikda kirish trafigiga ishlov berishga ulgursa, u holda, keltirilgan misoldagi kommutatoming umumiy unumdorligi 4x10 = 40 Mbit/s ni, n portiar uchun umumlashtirilganda esa (N/2)xl0 Mbit/s ni tashkil etadi. Bunday holatda kommutator uning portlariga ulangan har bir stansiyaga va segmentga protokolning ajratilgan oʻtkazish xususiyatini taqdim etadi, deyiladi.
Tabiiyki, tannoqda hamma vaqt yuqorida bayon etilgan holat boʻlavyermaydi. Agar ikki stansiyadan, masalan, 3 va 4-portlarga ulangan stansiyalardan bir vaqtda 8-portga ulangan oʻsha bir serverga yozish kerak.joylashtiradi, bundan keyin protsessor chiqish portining boʻshashini va kommutatsion matritsada kerakli yoʻlning hosil boʻlishini kutadi.
1.Kerakli yoʻl oʻmatilganidan keyin, unga chiqish porti qabul qiladigan kadming buferga joylashtirilgan baytlari yoʻnaltiriladi. Chiqish porti protsessori unga CSMA/CD algoritmi boʻyicha ulangan Ethernet segmentiga ruxsatni oiishi bilan kadming baytlari tarmoqqa iizatila boshlanadi. Kirish port protsessori doimo oʻz buferida qabul qilinadigan kadming bir necha baytlarini saqlaydi, bu unga mustaqil va asinxron ravishda kadr baytlarini qabul qilish va uzatish imkoniyatini beradi. Kommutatsion matritsa orqali portlaming oʻzaro ta'siriga misollardan biri 3.1-rasmda keltirilgan. Kommutatsion matritsaning bunday usulda qurilishi mahalliy tarmoqlaming birinchi ishlab chiqarilgan kommutatorlarida ishlatilgan. U protsessorlaming oddiy oʻzaro ishlash usulini ta'minlaydi, lekin matritsaning ishlatilishi cheklangan sonli portiar uchun mumkin boʻladi.
Yuqorida bayon etilgan kadrga ishlov berish usuli, kadmi toʻla buferga joylashtirishsiz, ma’nosiga koʻra, kadrga konveyerli ishlov berishdir. Bunda kadlar uzatish bosqichlari vaqt boʻyicha qisman birlashtiriladi: kirish porti protsessori orqali kadrning birinchi baytlarini, shuningdek, joʻnatish manzillari baytlarini qabul qilish, kommutatorning manzilli jadvalidan joʻnatish manzilini qidirish, matritsani kommutatsiyalash, chiqish porti protsessori orqali kadrning qolgan baytlarini qabul qilish, chiqish porti protsessori bilan kommutatsion matritsa orqali kadrning baytlarini (birinchilarini qoʻshganda) qabul qilish, chiqish porti protsessorli muhitga ruxsat etishni olish, chiqish porti protsessori orqali kadr baytlarini tarmoqqa uzatish mavjud edi.
3.1-rasm. Kommutatsion matritsa
Bu texnologiya boshqalardan koʻra koʻproq segmentning yuklanishi oshganda muhitdan foydalanishni kutish vaqtini ortishidan jabr koʻrdi. Shuning uchun yirik tarmoqlarda Ethernet segmentlari birinchi navbatda tor joylarda yuksizlanish vositasiga muhtoj boʻldi. Ba’zi kompaniyalar mahaliiy tarmoqlaming Token Ringi FDDI kabi boshqa texnologiyalaming unumdorligini oshirish uchun kommutatsiyalash texnologiyalarini rivojlantira boshladilar.
3.2-rasm. Commutator orqali kadrlarni parallel uzatish.
Turli ishlab chiqaruvchilar kommutatorlarining ichki tashkil etilishi ba'zan birinchi Ethernet kommutatori tuzilishidan juda farq qildi, lekin barcha portlar boʻyicha kadrlarni parallel ishlov berish printsipi oʻzgarmay qoldi.
Kommutatorlaming keng qoʻllanilishiga shu sabab boʻldiki, kommutatsiyalash texnologiyasining joriy etilishi tarmoqlarda oʻrnatilgan qurilmalar tarmoq adapterlari, konsentratorlar, kabel tizimlarining almashtirilishini talab qilinadi. Kommutatorlar portlari odatdagi yarim dupleks ish tartibida ishladi, shuning uchun ularga koʻrinadigan tarzda ham oxirga bogʻlama, ham butun mantiqiy segmentni tashkil etadigan konsentratorni ulash mumkin boʻldi. Kommutatorlar va koʻpriklar tarmoq pogʻonasidagi protokollar uchun koʻrinadigan boʻlganligi sababli, ularning tarmoqda paydo boʻlishi marshrutizatorlarga, agar ular tarmoqda boʻlsa, hech qanday ta’sir etmadi.
Kanalli pogʻonali protokollar kommutatorlari bilan translyatsiya masalalarini koʻrib chiqamiz. IEEE roʻyxatlariga mos kanalli pogʻonali bir protokoldan boshqasiga, masalan, Ethernet dan FDDI ga, Fast Ethernet dan Token Ringga translyatsiyani bajarishi mumkin. Mahalliy tarmoqlar protokollari translyatsiyasini shu fakt yengillashtiradiki, murakkabroq ishning aynan manzillarini translyatsiyalash boʻyicha ishning bir jinsli boʻlmagan tarmoqlarni birlashtirishda marshrutizatorlar va shlyuzlar bajaradigan ishni bu holda, bajarish kerak boʻlmaydi.
Mahalliy tarmoqlarning barcha oxirgi bogʻlamalari oʻsha bir formatdagi ulkan (unikal) manzilga, ya’ni qoʻllab-quvvatlaydigan protokoldan mustaqil boʻlgan MAS-manzilga ega boʻladi. Shuning uchun Ethernet tarmoq adapteri FDDI tarmoq adapteriga tushunarli boʻladi va ularning ikkalasi ham ular oʻzaro aloqa qilayotgan bogʻlamga boshqa texnologiya boʻyicha ishlaydigan tarrnoqga tegishliligi haqida oʻylamasdan bu manzillardan oʻz kadrlar maydonlarida foydalanishlari mumkin.
Mahalliy tarmoqlar protokollarini moslashtirishda kommutatorlarni bir protokol kadridan boshqa protokol kadriga uzatuvchi va qabul qihivchi manzillari oddiy oʻtkaziladi.
Trafikni filtrlash. Kommutatorlarning koʻplab modellari ma’murlarga manzilli jadval axborotlariga mos kadrlarni filtrlashning standart shartlari bilan bir qatorda ularni filtrlashning qoʻshimcha shartlarini ta’minlash imkoniyatini beradi.
Qisman koʻrib chiqilgan 3.1-rasmdagi kommutatsion matritsa portlar protsessorlarining oʻzaro ishlashining eng oddiy usulini ta’minlaydi, aynan bu usul mahalliy tarmoqlarning birinchi ishlab chiqarilgan kommutatorlarida ishlatilgan. Bunday turdagi matritsaning kamchiligi kommutator portlari sonining ortishi bilan sxema murakkabligining keskin ortishi hisoblanadi.
Sakkizta portlar uchun kommutatsion matritsaning boʻlishi mumkin boʻlgan ishlatilish variantlaridan birining batafsil koʻrinishi 3.3-rasmda keltirilgan. Portlar protsessorlarining kirish bloklari kommutatoming manzilli jadvalini koʻrib chiqishi asosida joʻnatish manzili boʻyicha chiqish portining nomerini (tartib raqamini) aniqlaydi. Bu axborotni ular maxsus yorliq - teg koʻrinishida dastlabki kadrning baytlariga qoʻshadi. Mazkur misol uchun teg chiqish porti nomeriga mos keladigan oddiy 3-razryadli ikkilik son hisoblanadi.
Matritsa oʻz kirishini teg biti qiymatiga bogʻliq ravishda ikki chiqishlardan biriga ulaydigan ikkilik qayta ulovchilarning uchta pogʻonalaridan iborat.
Birinchi pogʻona qayta ulovchilari tegning birinchi biti, ikkinchisi tegning ikkinchi biti, uchinchisi esa tegning uchinchi biti bilan boshqariladi.
Matritsa boshqa turdagi kombinatsion sxemalar asosida tuzilgan boʻlishi mumkin, lekin uning oʻziga xos xususiyati baribir fizik kanallarni kommutatsiyalash texnologiyasida qoladi. Bu texnologiyaning ma’lum kamchiligi kommutatsion matritsa ichkarisida ma’lumotlarni buferga joylashtirishning yoʻqligi hisoblanadi.
Agar tarkibiy kanalning chiqish portini yoki oraliq kommutatsion elementning bandligi tufayli qurib boʻlmasa, bu holda, kadrni olgan kirish blokida yigʻish kerak. Bunday matritsalarning asosiy afzalliklari yuqori kommutatsiyalash tezligi va integral mikrosxemalarda ishlatilishi qulay boʻlgan doimiy struktura hisoblanadi. Lekin, matritsa ishlatilgandan keyin KJS tarkibida yana bir kamchilik kommutatsiyalanadigan portlarning sonini oshirishning murakkabligi paydo boʻladi.
Umumiy shinali kommutatorlarda portlar protsessorlari vaqtni ajratish ish tartibida ishlatiladigan yuqori tezlikli shina orqali ulanadi. Bunday arxitekturaga misol 3.4-rasmda keltirilgan. Shina kommutator ishini blokirovkalamasligi uchun uning unumdorligi kommutator barcha portlarining unumdorliklari yigʻindisiga teng boʻlishi kerak.
3.3-rasm. 8 ta port uchun kommutatsion matritsalarni amalga oshirish varianti.
3.4-rasm. Umumiy shina asosidagi kommulator arxitekturasi.
Portlar orasida kadrlami uzatish, umuman ularni uzatishda kechikish kiritmasdan paralell ish tartibida amalga oshirilishi uchun kadr shina boʻyicha bir necha baytlarda, uncha katta boʻlmagan qismlarda uzatilishi kerak. Bunday ma’lumotiar yacheykasining oʻlchami kommutatomi ishlab chiqamvchi tomonidan aniqlanadi.
Protsessorning kirish bloki joʻnatish portining nomeri koʻrsatiladigan teg shina boʻyicha oʻtkaziladigan yacheykaga joylashtiriladi. Port protsessorining har bir chiqish bloki shu portga moʻljallangan tegni tanlaydigan teglar filtridan iborat. Shina kommutatsion matritsa kabi oraliq buferga joylashtirishni amalga oshirolmaydi, lekin kadming ma’lumotlari uncha katta boʻlmagan yacheykalarga boʻlinganligi sababli chiqish portiga boshlangʻich kutishli ruxsat etishga kechikish bunday sxemada yoʻq, bu yerda kanallar emas, paketlar kommutatsiyasi prinsipi ishlaydi.
Foydalanuvchi filtrlari tarmoqning alohida xizmatlariga ma’lum foydalanuvchilar guruhlariga ruxsat etishni cheklashga imkon beradigan kadrlar yoʻliga qoʻshimcha toʻsiqlarni yaratish uchun moʻljallangan.
MAS-manzillar asosidagi foydalanuvchi filtrlari oddiyroq hisoblanadi. MAS-manzillar kommutator ular bilan ishlaydigan axborotlar, manzilli jadvalning qoʻshimcha maydonida ba’zi shartlami qoʻyish bilan ma'murga qulay shakldagi bunday ftltrlami yaratish imkoniyatini beradi.MAS-manzilli ma’lumotlari bor kompyuterda ishlaydigan foydalanuvchiga bunday uslub bilan tarmoqning boshqa segment resurslariga ruxsat toʻliq ta’qiqlanadi.
|