Оборудование для телекоммуникационных сетей (стр. 3 из 7)

Зависимость пропускной способности коммутатора от размера передаваемых кадров хорошо иллюстрирует пример протокола Ethernet, для которого при передаче кадров минимальной длины достигается скорость передачи в 14880 кадров в секунду и пропускная способность 5,48 Мб/с, а при передаче кадров максимальной длины - скорость передачи в 812 кадров в секунду и пропускная способность 9,74 Мб/c. Пропускная способность падает почти в два раза при переходе на кадры минимальной длины, и это еще без учета потерь времени на обработку кадров коммутатором.

Задержка передачи

Задержка передачи кадраизмеряется как время, прошедшее с момента прихода первого байта кадра на входной порт коммутатора до момента появления этого байта на выходном порту коммутатора. Задержка складывается из времени, затрачиваемого на буферизацию байт кадра, а также времени, затрачиваемого на обработку кадра коммутатором - просмотр адресной таблицы, принятие 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 10 мкс до 40 мкс, а при полной буферизации кадров - от 50 мкс 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.

Так как при одновременной передаче трафика несколькими портами существует огромное количество вариантов трафика, отличающегося размерами кадров в потоке, распределением средней интенсивности потоков кадров между портами назначения, коэффициентами вариации интенсивности потоков кадров и т.д. и т.п., то при сравнении коммутаторов по производительности необходимо принимать во внимание, для какого варианта трафика получены публикуемые данные производительности. К сожалению, для коммутаторов (как, впрочем, и для маршрутизаторов) не существует общепринятых тестовых образцов трафика, которые можно было бы применять для получения сравнимых характеристик производительности, как это делается для получения таких характеристик производительности вычислительных систем, как TPC-А или SPECint92. Некоторые лаборатории, постоянно проводящие тестирование коммуникационного оборудования, разработали детальные описания условий тестирования коммутаторов и используют их в своей практике, однако общепромышленными эти тесты пока не стали.

1.1.4 Достоинства/недостатки в сравнении с маршрутизатором

Работа маршрутизаторов зависит от сетевых протоколов и определяется связанной с протоколом информацией, передаваемой в пакете. Подобно мостам, маршрутизаторы не передают адресату фрагменты пакетов при возникновении коллизий. Маршрутизаторы сохраняют пакет целиком в своей памяти прежде, чем передать его адресату, следовательно, при использовании маршрутизаторов пакеты передаются с задержкой. Маршрутизаторы могут обеспечивать полосу, равную пропускной способности канала, однако для них характерно наличие внутренней блокировки. В отличие от повторителей, мостов и коммутаторов маршрутизаторы изменяют все передаваемые пакеты.

Коммутаторы же в отличие от маршрутизаторов работают по более простым алгоритмам, что позволяет превосходить маршрутизаторы в скорости передачи информации, делает их в десятки раз дешевле. Коммутатор может работать в режиме «коммутации на лету», т.е. он, не дожидаясь полного приёма сообщения, может начинать его передачу (что и дает основное преимущество в скорости). Это значит, что применение коммутаторов при проектировании телекоммуникационных сетей позволит в значительной мере снизить материальные затраты на приобретение сетевого оборудования.

1.2 Разработка алгоритма функционирования и структурной схемы коммутатора

1.2.1 Разработка блок-схемы алгоритма работы коммутатора

Основой для формирования блок-схемы алгоритма работы коммутатора является ознакомление с соответствующей литературой и перечень необходимых для реализации задач. Для проектируемого коммутатора эта схема будет иметь вид, приведенный на рисунке 7.

Рисунок 7 – Блок-схема алгоритма работы коммутатора

Таким образом, устройство будет работать по следующему алгоритму.

На блоки приема портов коммутатора приходят информационные пакеты, после чего они поступают на мультиплексор (мультиплексирование данных) для того, чтобы образовать из нескольких отдельных потоков общий агрегированный.

Далее пакет временно сохраняется в буфере, после чего определяется МАС-адрес узла назначения и производится выбор интерфейса (в заголовке пакета указан МАС-адрес узла назначения, который сопоставляется найденному в таблице коммутации), на который будут выставлены данные.

В состав проектируемого устройства входят: узел организации доступа по алгоритму CSMA/CD и узел обнаружения и корректной обработки коллизии, благодаря которым реализуется дальнейший алгоритм.

Коммутатор начинает прослушивание несущей. Если несущая присутствует – запрещается передача кадра и коммутатор снова «слушает» несущую. Когда несущая отсутствует, то разрешается передача кадра.

С разрешением передачи кадра происходит контроль состояния линии на предмет обнаружения коллизии. Если таковая обнаружена, то передача прерывается. Узел, обнаруживший коллизию, посылает в сеть jam-последовательность из 32-х бит данных, тем самым, усиливая коллизию для скорейшего ее обнаружения. После этого в блоке задания случайной паузы формируется кратковременная пауза случайной длительности и снова прослушивается несущая. Если же коллизия не возникла, то устройство опрашивается на предмет того, окончена ли передача кадра, если – нет – то переход к разрешению дальнейшей передачи кадра, если – да – то происходит демультиплексирование данных путем деления суммарного агрегированного потока, поступающего на один интерфейс, на несколько составляющих потоков. Делается это с целью распределения данных по портам для передачи информации в сеть. После этого пакет отправляется адресату.

1.2.2 Разработка структурной схемы

Под разработкой структурной схемы понимается: определение функционального состава входящих в коммутатор блоков (модулей) и установление связей между ними. Проектируемый коммутатор будет иметь четыре порта. Так как устройство ориентировано на сеть Ethernet,оно будет работать с учетом алгоритма CSMA/CD (множественный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением коллизии) и обеспечивать скорость передачи 10 мегабит в секунду. Согласно стандартам Ethernet коммутатор должен иметь в своем составе блоки, оговоренные ниже. Структурная схема коммутатора приведена на рисунке 2.2.

Порт 1, 2, 3, 4 коммутатора состоит из двух блоков: блок приёма и блок передачи. Блок приема предназначен для организации взаимодействия принятого из сети пакета с другими блоками коммутатора. Блок передачи отправляет пакеты во внешнюю сеть согласно адресу узла назначения.

Блок хранения пакета предназначен для временного хранения пакета. Этот блок взаимосвязан с блоком выборки МАС-адреса, который считывается из заголовка пакета, сопоставляется адресам, хранящимся в таблице коммутации, для дальнейшего выбора интерфейса.

Для этой цели служит блок выбора интерфейса, который позволяет идентифицировать порты (т.е. определить номер порта, куда необходимо переслать данные).

В состав структурной схемы включен узел организации доступа по алгоритму CSMA/CD.

Узел состоит из: блока прослушивания несущей, который позволяет узлу, прослушивающему линию, при отсутствии несущей начать передачу кадра; блока запрета передачи, запрещающего передачу кадра в случае, когда среда уже захвачена другим узлом; блока разрешения передачи, который позволяет производить дальнейшую передачу кадра и согласно алгоритму CSMA/CD одновременно происходит контроль состояния линии; блок контроля состояния линии отвечает за выше упомянутую функцию на предмет возникновения коллизии;

Узел обнаружения и корректной обработки коллизии включает в свой состав: детектор коллизии, который фиксирует возникновение коллизии в линии; блок прерывания передачи прекращает дальнейшую передачу кадра при фиксации коллизии; генератор jam-последовательности посылает в сеть специальную последовательность из 32 битов, усиливая, таким образом, коллизию для увеличения вероятности скорейшего ее обнаружения; формирователь случайной паузы с помощью блока задания случайной паузы создает паузу в течение короткого случайного интервала времени.

Мультиплексор образует из нескольких отдельных потоков общий агрегированный поток. Демультиплексор выполняет задачу обратную мультиплексору, разделяя суммарный агрегированный поток, поступающий на один интерфейс, на несколько составляющих потоков.

2 ОХРАНА ТРУДА

2.1 Анализ вредных факторов при проектировании и изготовлении устройства

В процессе производства электронных устройств присутствует несколько этапов: постановка задачи, проектирование, сборка и отладка пробных образцов, и т. д. На разных этапах используются различные технические средства, следовательно, опасности и вредности также различны.