plik


ÿþModuB 8. PrzeBczanie w sieciach Ethernet WspóBdzielona sie Ethernet w idealnych warunkach sprawuje si doskonale. Kiedy liczba urzdzeD próbujcych uzyska dostp do sieci jest niewielka, liczba kolizji utrzymuje si w akceptowalnych granicach. Jednak|e gdy w sieci przybywa u|ytkowników, zwikszona liczba kolizji mo|e doprowadzi do nadmiernego spadku wydajno[ci. Aby pomóc ograniczy skal problemów wydajno[ciowych wynikajcych ze zwikszonej liczby kolizji, opracowano mechanizmy mostowania. Rozwój mechanizmów mostowania doprowadziB do powstania techniki przeBczania, która staBa si kluczow technologi w nowoczesnych lokalnych sieciach Ethernet. Zjawiska kolizji i rozgBaszania s naturalnymi elementami wspóBczesnych sieci komputerowych. W rzeczywisto[ci s one cz[ci sieci Ethernet oraz technologii wy|szych warstw. Jednak gdy ilo[ tych zjawisk przekracza warto[ optymaln, wydajno[ sieci spada. Idea domen kolizyjnych i rozgBoszeniowych dotyczy okre[lenia takich sposobów projektowania sieci, które pozwalaj na ograniczenie negatywnych efektów kolizji i rozgBaszania. W tym module zajmujemy si wpBywem kolizji i rozgBaszania na ruch w sieci, a tak|e opiszemy sposoby wykorzystania mostów i routerów do segmentowania sieci w celu uzyskania lepszej wydajno[ci. 8.1 PrzeBczanie w sieciach Ethernet 8.1.1 Mostowanie w warstwie 2 Gdy do fizycznego segmentu sieci Ethernet zostaje dodana wiksza liczba wzBów, wzrasta rywalizacja o dostp do medium. Sie Ethernet jest medium wspóBdzielonym, co oznacza, |e w danym momencie mo|e nadawa tylko jeden wzeB. Dodawanie kolejnych wzBów zwiksza wymagania dotyczce dostpnego pasma oraz dodatkowo obci|a medium. Wzrost liczby wzBów w pojedynczym segmencie zwiksza prawdopodobieDstwo wystpienia kolizji, co prowadzi do czstszych retransmisji. Problem ten mo|na rozwiza przez podzielenie jednego du|ego segmentu na cz[ci stanowice odosobnione domeny kolizyjne. Aby byBo to mo|liwe, most przechowuje tablic adresów MAC oraz przypisanych im portów. Most przekazuje lub odrzuca ramki w oparciu o wpisy w tabeli. Poni|sza procedura ilustruje dziaBanie mostu: " Po uruchomieniu mostu jego tablica jest pusta. Most oczekuje na pojawienie si ruchu w segmencie. Wykryty ruch jest obsBugiwany przez most. " Host A wysyBa pakiety ping do hosta B. Poniewa| dane transmitowane s w caBym segmencie domeny kolizyjnej, zarówno host B, jak i most przetwarzaj pakiety. " Adres nadawcy ramki zostaje dodany do tablicy mostu. Poniewa| adres znajduje si w polu adresu nadawcy, a ramka zostaBa odebrana na porcie nr 1, musi by ona skojarzona w tablicy z portem nr 1. " W tablicy mostu poszukiwany jest adres odbiorcy. Poniewa| adresu nie ma w tablicy, mimo |e znajduje si on w tej samej domenie kolizyjnej, ramka jest przekazywana do innego segmentu. Adres hosta B nie zostaB jeszcze zapisany, poniewa| zapamitywany jest jedynie adres nadawcy. " Host B przetwarza |danie ping i wysyBa odpowiedz ping do hosta A. Dane s przesyBane przez caB domen kolizyjn. Zarówno host A, jak i most odbieraj i przetwarzaj ramk. " Adres nadawcy ramki zostaje dodany do tablicy mostu. Poniewa| tablica mostu nie zawiera adresu nadawcy, a zostaB on odebrany na porcie 1, adres nadawcy ramki musi by skojarzony z portem 1 w tablicy. W celu odnalezienia pozycji zawierajcej adres odbiorcy ramki przeszukiwana jest tablica mostu. Poniewa| adres znajduje si w tablicy, odszukany zostaje odpowiadajcy mu port. Adres hosta A zostaje skojarzony z portem, na który zostaBa wysBana ramka, wic nie jest ona dalej przekazywana. " Host A wysyBa teraz pakiety ping do hosta C. Poniewa| dane s transmitowane w caBej domenie kolizyjnej, zarówno most, jak i host B przetwarzaj ramk. Ramka zostaje odrzucona przez hosta B, poniewa| nie byBa do niego kierowana. " Adres nadawcy ramki zostaje dodany do tablicy mostu. Poniewa| adres jest ju| zapisany w tablicy mostu, pozycja jest jedynie od[wie|ana. " Tablica mostu jest przeszukiwana w celu odnalezienia pozycji zawierajcej adres odbiorcy ramki. Poniewa| adresu nie ma w tablicy, ramka jest przekazywana do innego segmentu. Adres hosta C nie zostaB jeszcze zapisany, gdy| zapamitywany jest jedynie adres nadawcy. " Host C przetwarza |danie ping i wysyBa odpowiedz ping do hosta A. Dane s przesyBane przez caB domen kolizyjn. Zarówno host D, jak i most otrzymuj i przetwarzaj ramk. Ramka zostaje odrzucona przez hosta D, poniewa| nie byBa do niego kierowana. " Adres nadawcy ramki zostaje dodany do tablicy mostu. Poniewa| adres znajduje si w polu adresu nadawcy, a ramka zostaje odebrana na porcie nr 2, musi by ona skojarzona w tablicy z portem nr 2. " Tablica mostu jest przeszukiwana w celu odnalezienia pozycji zawierajcej adres odbiorcy ramki. Adres znajduje si w tablicy, lecz jest on skojarzony z portem 1, wic ramka jest przekazywana do innego segmentu. " Gdy host D transmituje dane, jego adres MAC zostaje równie| zapisany w tablicy mostu. W ten sposób most kontroluje ruch pomidzy domenami kolizyjnymi. S to operacje, jakie podejmuje most w celu przekazywania i odrzucania ramek, które s odbierane na dowolnym z jego portów. 8.1.2 PrzeBczanie w warstwie 2 Zasadniczo most zawiera tylko dwa porty i rozdziela domen kolizyjn na dwie cz[ci. Wszystkie wybory dokonywane przez most opieraj si na adresach MAC lub inaczej adresowaniu w warstwie 2 i nie wpBywaj na adresowanie logiczne zwane tak|e adresowaniem w warstwie 3. Tak wic most dzieli domen kolizyjn, nie wpBywajc przy tym na domen logiczn lub rozgBoszeniow. Niezale|nie od liczby mostów w sieci caBa sie bdzie wspóBdzieliBa t sam logiczn przestrzeD adresow (o ile nie ma w niej urzdzenia korzystajcego z procesu adresowania w warstwie 3, takiego jak router). Most utworzy dodatkowe domeny kolizyjne, nie zwikszajc jednak liczby domen rozgBoszeniowych. W istocie przeBcznik jest szybkim, wieloportowym mostem mogcym zawiera dziesitki portów. W przeciwieDstwie do mostu, który powoduje powstanie dwóch domen kolizyjnych, w tym przypadku osobna domena kolizyjna jest tworzona w obrbie ka|dego z portów. W sieci skBadajcej si z dwudziestu wzBów istnieje dwadzie[cia domen kolizyjnych, je[li ka|dy wzeB jest podBczony do innego portu przeBcznika. Przy uwzgldnieniu portu poBczenia nadrzdnego (uplink) pojedynczy przeBcznik tworzy dwadzie[cia jeden domen kolizyjnych, z których ka|da zawiera jeden wzeB. PrzeBcznik dynamicznie tworzy i utrzymuje tablic pamici asocjacyjnej (CAM, ang. Content-Addressable Memory), przechowujc dla ka|dego portu wszystkie niezbdne informacje dotyczce adresów MAC. 8.1.3 DziaBanie przeBcznika PrzeBcznik jest po prostu mostem z wieloma portami. Gdy do portu przeBcznika jest podBczony tylko jeden host, domena kolizyjna na medium wspóBdzielonym skBada si jedynie z dwóch elementów: portu przeBcznika i doBczonego do niego hosta. Ka|dy z dwóch wzBów w tym maBym segmencie (domenie kolizyjnej) skBada si z portu przeBcznika oraz hosta podBczonego do niego. Takie maBe segmenty fizyczne zwane s mikrosegmentami. W sytuacji, gdy podBczone s tylko dwa wzBy, pojawia si dodatkowa mo|liwo[. W sieci wykorzystujcej skrtk jedna para przewodów u|ywana jest do przenoszenia transmitowanego sygnaBu z jednego wzBa do drugiego. Oddzielna para jest wykorzystywana do odbioru lub przekazywania sygnaBu zwrotnego. Mo|liwe jest przesyBanie sygnaBów w obydwu kierunkach równocze[nie. Zdolno[ komunikowania si w obydwu kierunkach równocze[nie okre[lana jest jako peBny dupleks. Wikszo[ przeBczników i kart sieciowych obsBuguje komunikacj w trybie peBnego dupleksu. W trybie tym nie wystpuje rywalizacja o dostp do medium. W zwizku z tym pojcie domeny kolizyjnej przestaje istnie. Teoretycznie w trybie peBnego dupleksu szeroko[ pasma zostaje podwojona. Oprócz szybszych mikroprocesorów i pamici, opracowanie przeBczników umo|liwiBy dwie inne innowacje technologiczne. Pami asocjacyjna (CAM) dziaBa odwrotnie ni| pami tradycyjna. Wprowadzenie danych do pamici spowoduje zwrot skojarzonego z nimi adresu. Wykorzystanie pamici asocjacyjnych (CAM) pozwala przeBcznikowi na bezpo[rednie odnalezienie portu skojarzonego z adresem MAC bez konieczno[ci wykorzystywania algorytmów wyszukiwania. UkBad ASIC (ang. Application-Specific Integrated Circuit) jest urzdzeniem skBadajcym si z bramek logicznych o nieprzypisanych funkcjach, które mog zosta zaprogramowane tak, aby realizowa operacje z prdko[ci ukBadów logicznych. DziaBania, które wcze[niej mogBy by realizowane programowo, teraz mog by wykonywane sprztowo z wykorzystaniem ukBadów ASIC. Wykorzystanie tych technologii w znaczcy sposób zredukowaBo opóznienia wprowadzane przez oprogramowanie oraz pozwoliBo dotrzyma kroku zapotrzebowaniu wielu mikrosegmentów na dane oraz sprosta du|ym szybko[ciom bitowym. 8.1.4 Opóznienie Opóznienie to ró|nica pomidzy czasem, kiedy urzdzenie nadawcze rozpoczyna wysyBanie ramki, a czasem, gdy jej pocztkowa cz[ osignie swój cel. Opóznienie ramki przesyBanej pomidzy zródBem i miejscem docelowym mo|e by spowodowane przez wiele ró|nych czynników: " Opóznienia medium spowodowane skoDczon prdko[ci, z jak mo|e porusza si sygnaB w medium fizycznym. " Opóznienia obwodów wnoszone przez ukBady elektroniczne przetwarzajce sygnaB na jego drodze. " Opóznienia programowe powodowane przez procesy decyzyjne realizowane przez oprogramowanie w celu implementacji funkcji przeBczania i obsBugi protokoBów. " Opóznienia powodowane przez zawarto[ ramki oraz miejsce w obrbie ramki objte procesami decyzyjnymi dotyczcymi przeBczania. Na przykBad urzdzenie nie mo|e skierowa ramki do portu docelowego, dopóki nie zostanie odczytany adres MAC odbiorcy. 8.1.5 Tryby przeBczania Sposób przeBczania ramki do portu docelowego stanowi rozwizanie kompromisowe midzy warto[ci opóznienia i niezawodno[ci. PrzeBcznik mo|e zacz przesyBa ramk zaraz po otrzymaniu adresu MAC odbiorcy. Taki sposób przeBczania nazywany jest przeBczaniem  cut-through". Charakteryzuje si on najmniejszym opóznieniem. Jednak w tym przypadku wykrywanie bBdów nie jest mo|liwe. Z drugiej strony, przeBcznik mo|e odebra caB ramk przed przesBaniem jej dalej przez port docelowy. W tej sytuacji przed wysBaniem ramki do punktu docelowego istnieje mo|liwo[ sprawdzenia kodu kontrolnego ramki (FCS) przez oprogramowanie przeBcznika. Mo|na w ten sposób upewni si, |e ramka zostaBa poprawnie odebrana. W przypadku wykrycia bBdu odrzucenie ramki jest realizowane przez przeBcznik, a nie przez komputer docelowy. Poniewa| przed przekazaniem caBa zawarto[ ramki jest przechowywana w pamici, ten tryb okre[la si mianem  store-and-forward" (zachowaj i przeka|). Tryb  fragment-free" stanowi kompromis pomidzy metodami  cut-through" i  store-and-forward". W przypadku metody  fragment-free" odbierane s pierwsze 64 bajty zawierajce nagBówek ramki, przeBczanie rozpoczyna si zanim zostanie odebrane pole danych i suma kontrolna. W trybie tym weryfikowana jest poprawno[ adresowania oraz informacji protokoBu LLC (Logical Link Control) w celu zapewnienia, |e przetwarzanie danych oraz informacje okre[lajce punkt docelowy bd prawidBowe. Gdy do przeBczania u|ywana jest metoda  cut-through , zarówno port zródBowy, jak i port docelowy musz pracowa z t sam szybko[ci bitow, aby nie uszkodzi ramki. PrzeBczanie takie okre[la si mianem symetrycznego. Je|eli szybko[ci bitowe s ró|ne, ramka musi by zapisana z jedn szybko[ci, a nastpnie wysBana z inn. Ten typ przeBczania okre[la si mianem asymetrycznego. Do przeBczania asymetrycznego musi by wykorzystywany tryb  store-and-forward . PrzeBczanie asymetryczne zapewnia poBczenia komutowane pomidzy portami o ró|nych szeroko[ciach pasma, na przykBad 100 Mb/s i 1000 Mb/s. PrzeBczanie asymetryczne jest zoptymalizowane pod ktem ruchu generowanego przez poBczenia typu klient/serwer, gdzie wiele klientów jednocze[nie komunikuje si z serwerem, co wymaga zapewnienia szerszego pasma po stronie portu serwera w celu ograniczenia mo|liwo[ci powstania wskiego gardBa w tym punkcie. 8.1.6 ProtokóB drzewa opinajcego Gdy wiele przeBczników poBczonych jest w ramach jednej struktury drzewiastej, wystpienie ptli przeBczania jest maBo prawdopodobne. Jednak sieci komutowane s zwykle zaprojektowane tak, aby zapewni [cie|ki nadmiarowe, co ma gwarantowa niezawodno[ i odporno[ na bBdy. Wystpowanie [cie|ek nadmiarowych jest pomocne, jednak zastosowanie ich mo|e nie[ za sob niepo|dane efekty uboczne. Ptla przeBczania jest jednym z takich efektów. Ptla przeBczania mo|e wystpi przez przypadek lub by konsekwencj [wiadomego dziaBania. Mo|e ona doprowadzi do burzy rozgBoszeD, która gwaBtownie obejmie caB sie. Aby zapobiec mo|liwo[ci powstania ptli, przeBczniki wyposa|one s w oparty na standardach protokóB drzewa opinajcego (STP). Ka|dy przeBcznik w sieci LAN, który wykorzystuje protokóB drzewa opinajcego (STP), wysyBa przez ka|dy swój port specjalne komunikaty zwane jednostkami BPDU (ang. Bridge Protocol Data Unit), aby zakomunikowa innym przeBcznikom swoj obecno[ i umo|liwi wybór mostu gBównego sieci. Nastpnie przeBczniki wykorzystuj algorytm drzewa opinajcego w celu identyfikacji i zamknicia [cie|ek nadmiarowych. Ka|dy port przeBcznika u|ywajcego algorytmu drzewa opinajcego znajduje si w jednym z piciu stanów: Blokowanie NasBuch Zapamitywanie PrzesyBanie WyBczony Port mo|e przechodzi z jednego stanu do innego w nastpujcych cyklach: * od inicjacji do blokowania * od blokowania do nasBuchu lub zablokowania * od nasBuchu do zapamitywania lub zablokowania * od zapamitywania do przesyBania lub zablokowania * od przesyBania do zablokowania Wynikiem zidentyfikowania i wyeliminowania ptli z wykorzystaniem protokoBu STP jest powstanie hierarchicznej struktury drzewiastej wolnej od zaptleD. Alternatywne [cie|ki s jednak w dalszym cigu dostpne i mog by wykorzystane w razie potrzeby. 8.2 Domena kolizyjna i domena rozgBoszeniowa 8.2.1 Zrodowiska ze wspóBdzielonym medium Przyswojenie sobie pojcia domeny kolizyjnej wymaga zrozumienia, czym s kolizje i co je powoduje. W celu wyja[nienia pojcia kolizji, dokonano przegldu mediów oraz topologii warstwy pierwszej. Niektóre sieci s ze sob bezpo[rednio poBczone i wszystkie hosty wspóBdziel warstw 1. Poni|ej przedstawiono przykBady: " Zrodowisko ze wspóBdzielonym medium: Wystpuje, gdy wiele hostów ma dostp do tego samego medium. Je[li na przykBad kilka komputerów jest doBczonych do tego samego przewodu lub [wiatBowodu to wspóBdziel one to samo [rodowisko medium. " Rozszerzone [rodowisko ze wspóBdzielonym medium: Jest to specjalny rodzaj [rodowiska ze wspóBdzielonym medium, w którym urzdzenia sieciowe mog rozszerzy [rodowisko w taki sposób, |e mo|liwy jest wielodostp lub wiksza dBugo[ poBczeD kablowych. " Zrodowisko sieciowe typu punkt-punkt: Czsto stosuje si je w sieciowych poBczeniach telefonicznych. Jest ono najbardziej znane u|ytkownikom domowym. Stanowi taki typ wspóBdzielonego [rodowiska sieciowego, w którym pojedyncze urzdzenie jest poBczone z innym pojedynczym urzdzeniem (tak jak w przypadku poBczenia komputera z dostawc usBug internetowych za pomoc modemu i linii telefonicznej). Umiejtno[ zidentyfikowania [rodowiska ze wspóBdzielonym medium jest wa|na, poniewa| tylko tam wystpuj kolizje. Sie drogowa jest przykBadem wspóBdzielonego [rodowiska, w którym mog wystpowa kolizje, poniewa| du|a liczba pojazdów korzysta z tych samych dróg. Wraz ze zwikszaniem si w systemie liczby pojazdów, zwiksza si prawdopodobieDstwo wystpienia kolizji. WspóBdzielona sie danych jest bardzo podobna do systemu dróg. ZostaBy zdefiniowane reguBy okre[lajce zasady dostpu do medium sieciowego, jednak czasem, ze wzgldu na nat|enie ruchu, stosowanie reguB nie wystarcza i wystpuj kolizje 8.2.2 Domeny kolizyjne Domeny kolizyjne s poBczonymi fizycznymi segmentami sieci, w których mog wystpi kolizje. Kolizje mog sprawi, |e sie bdzie dziaBa maBo wydajnie. Przy ka|dym wystpieniu kolizji transmisja zatrzymywana jest na pewien czas. DBugo[ tej przerwy jest ró|na i zale|y od algorytmu odczekiwania w przypadku ka|dego urzdzenia sieciowego. Typy urzdzeD, które Bcz segmenty medium, wyznaczaj granice domen kolizyjnych. Urzdzenia te zostaBy zaklasyfikowane jako urzdzenia warstw 1, 2 i 3 modelu OSI. Urzdzenia warstwy 1 nie rozdzielaj domen kolizyjnych, urzdzenia warstw 2 i 3 rozdzielaj domeny kolizyjne. Rozdzielanie domen kolizyjnych (zwikszanie ich liczby) przy u|yciu urzdzeD warstw 2 i 3 jest tak|e znane jako segmentacja. Podstawow funkcj urzdzeD warstwy 1, takich jak wtórniki i koncentratory jest rozszerzanie segmentów kablowych sieci Ethernet. Dziki powikszeniu sieci mo|na doda wiksz liczb hostów. Ka|dy dodany host zwiksza jednak potencjalnie nat|enie ruchu w sieci. Poniewa| urzdzenia warstwy 1 przekazuj dalej wszystkie informacje przesyBane przez medium, im intensywniejszy ruch jest generowany wewntrz domeny kolizyjnej, tym wiksze jest prawdopodobieDstwo kolizji. Efektem koDcowym jest zmniejszona wydajno[ sieci. Efekt ten zostanie jeszcze spotgowany, je[li wszystkie komputery w tej sieci zgBosz du|e zapotrzebowanie na pasmo. Innymi sBowy: urzdzenia warstwy 1 rozszerzaj domen kolizyjn, lecz rozmiar sieci LAN mo|e równocze[nie zosta zbyt mocno powikszony, co zwikszy liczb problemów dotyczcych kolizji. WedBug reguBy czterech wtórników w sieci Ethernet, pomidzy dwoma dowolnymi komputerami w sieci nie powinny znajdowa si wicej ni| cztery wtórniki lub koncentratory. Aby zapewni prawidBowe funkcjonowanie sieci 10BASE-T z wtórnikami, czas opóznienia w obie strony musi zawiera si w okre[lonych granicach. W innym przypadku niektóre stacje robocze nie bd w stanie wykry wszystkich kolizji w sieci. ReguBa czterech wtórników uwzgldnia opóznienia wprowadzane przez wtórniki, opóznienia propagacji i opóznienia wprowadzane przez karty sieciowe. ZBamanie reguBy czterech wtórników mo|e prowadzi do naruszenia granicy maksymalnego opóznienia. Po przekroczeniu tej granicy liczba kolizji spóznionych zwiksza si radykalnie. Kolizja spózniona wystpuje po wyemitowaniu pierwszych 64 bajtów ramki. Nie jest wymagane, aby chipsety kart sieciowych podejmowaBy automatyczn retransmisj w przypadku wystpienia kolizji spóznionej. Ramki spóznionych kolizji wprowadzaj opóznienie zwane opóznieniem konsumpcyjnym. Kiedy zwBoka i opóznienie konsumpcyjne wzrastaj, wydajno[ sieci spada. WedBug reguBy 5-4-3-2-1 nie nale|y przekracza poni|szych warto[ci: " Pi segmentów medium sieciowego " Cztery wtórniki lub koncentratory " Trzy segmenty sieci zawierajce hosty " Dwie sekcje Bczy (bez hostów) " Jedna du|a domena kolizyjna ReguBa 5-4-3-2-1 zawiera równie| wskazówki pozwalajce utrzyma w odpowiednich granicach obustronne opóznienia wystpujce w sieci wspóBdzielonej. 8.2.3 Segmentacja Historia rozwoju sposobów, w jaki radzono sobie z kolizjami i domenami kolizyjnymi w sieci Ethernet, siga badaD prowadzonych na Uniwersytecie Hawajskim w roku 1970. Próby stworzenia bezprzewodowego systemu komunikacyjnego dla wysp Hawajskich doprowadziBy do opracowania protokoBu znanego pod nazw Aloha. ProtokóB Ethernet zostaB stworzony na bazie protokoBu Aloha. Zdolno[ identyfikowania domen kolizyjnych jest wa|n umiejtno[ci specjalistów sieciowych. PodBczenie kilku komputerów do pojedynczego wspóBdzielonego medium, do którego nie s podBczone inne urzdzenia sieciowe, tworzy domen kolizyjn. Sytuacja ta powoduje ograniczenie liczby komputerów, które mog korzysta z medium. Taki ograniczony zbiór zwany jest tak|e segmentem. Urzdzenia warstwy 1 rozszerzaj domeny kolizyjne, lecz nie kontroluj ich. Urzdzenia warstwy 2 segmentuj czyli dziel domeny kolizyjne. Segmentacja ta jest prowadzona dziki kontroli propagacji ramek dokonywanej w oparciu o adres MAC przypisany do ka|dego urzdzenia u|ywanego w sieci Ethernet. Urzdzenia warstwy 2  mosty i przeBczniki  rejestruj adresy MAC i ich wystpowanie w poszczególnych segmentach. Wykonywanie tej czynno[ci pozwala urzdzeniom kontrolowa ruch na poziomie warstwy 2. Dziki tej funkcji sieci dziaBaj sprawniej, poniewa| dane mog by przesyBane w ró|nych segmentach sieci LAN w tym samym czasie, nie powodujc przy tym kolizji. Poprzez zastosowanie mostów i przeBczników domena kolizyjna jest dzielona na mniejsze cz[ci, które staj si osobnymi domenami kolizyjnymi. Mniejsze domeny kolizyjne zawieraj mniej hostów, co powoduje mniejszy ruch ni| w pierwotnej domenie kolizyjnej. Mniejsza liczba hostów znajdujcych si w pojedynczej domenie kolizyjnej sprawia, |e dostpno[ medium jest bardziej prawdopodobna. Mostowana sie dziaBa dobrze do momentu, gdy ruch pomidzy segmentami poBczonymi za pomoc mostów staje si zbyt du|y. W tym przypadku urzdzenie warstwy 2 mo|e samo sta si wskim gardBem spowalniajcym komunikacj. Urzdzenia warstwy 3, podobnie jak urzdzenia warstwy 2, nie przesyBaj kolizji. Z tego powodu wykorzystanie urzdzeD warstwy 3 w sieci powoduje podziaB domen kolizyjnych na mniejsze domeny. Urzdzenia warstwy 3 poza podziaBem domen kolizyjnych peBni równie| inne funkcje. Urzdzenia warstwy 3 oraz ich funkcje bd szczegóBowo opisane w cz[ci dotyczcej domen rozgBoszeniowych. 8.2.4 RozgBaszanie w warstwie 2 ProtokoBy wykorzystuj ramki rozgBoszeniowe i wieloemisyjne na poziome warstwy 2 modelu OSI do komunikacji pomidzy domenami kolizyjnymi. Kiedy wzeB ma nawiza komunikacj ze wszystkimi hostami w sieci, wysyBa ramk rozgBoszeniow z adresem odbiorcy równym 0xFFFFFFFFFFFF. Ramk z takim adresem musz rozpozna karty sieciowe wszystkich hostów. Urzdzenia warstwy 2 musz rozpropagowywa ruch rozgBoszeniowy i grupowy na wszystkie porty. Sumaryczny ruch rozgBoszeniowy i grupowy generowany przez wszystkie urzdzenia w sieci nazywany jest promieniowaniem rozgBoszeniowym. Zdarza si, |e obieg promieniowania rozgBoszeniowego mo|e tak nasyci sie, |e zabraknie pasma dla danych aplikacji. W tym przypadku nowe poBczenia sieciowe nie mog by ustanowione, a nawizane ju| poBczenia mog zosta zerwane. Sytuacja taka jest nazywana burz rozgBoszeniow. PrawdopodobieDstwo wystpienia burzy rozgBoszeniowej wzrasta wraz z rozrostem sieci przeBczanej. Promieniowanie rozgBoszeniowe wpBywa na wydajno[ hostów w sieci, poniewa| karty sieciowe przerywaj normaln prac procesora, aby przetworzy ka|de rozgBoszenie lub emisj grupow, któr s objte. Na rysunku przedstawione s wyniki testów prowadzonych przez firm Cisco ukazujce wpByw promieniowania rozgBoszeniowego na wydajno[ procesora komputera SPARCstation 2 firmy SUN wyposa|onego w standardow, wbudowan kart sieci Ethernet. Jak wyniki pokazuj, stacja robocza mo|e zosta skutecznie zablokowana przez rozgBaszanie zalewajce sie. W skrajnych sytuacjach obserwowano szczytowe poziomy ruchu rozgBoszeniowego rzdu tysicy rozgBoszeD na sekund podczas burzy rozgBoszeD. Testy prowadzone w kontrolowanym [rodowisku sieciowym z wieloma emisjami rozgBoszeniowymi i grupowymi ukazuj mierzalne obni|enie wydajno[ci systemu przy zaledwie 100 rozgBoszeniach lub emisjach grupowych na sekund. Najcz[ciej host niebdcy adresatem w |aden sposób nie korzysta z przetworzenia rozgBoszenia. Host nie jest zainteresowany ogBaszan usBug lub wie ju| o jej istnieniu. Wysoki poziom promieniowania rozgBoszeniowego mo|e w zauwa|alny sposób obni|y wydajno[ hosta. Stacje robocze, routery i aplikacje rozgBoszeniowe stanowi trzy zródBa rozgBaszania i emisji grupowej w sieciach IP. Stacja robocza rozgBasza |danie protokoBu ARP za ka|dym razem, gdy trzeba zlokalizowa adres MAC, który nie znajduje si w jej tablicy ARP. Pomimo |e liczby pokazane na rysunku mog wydawa si niskie, reprezentuj [redni, dobrze zaprojektowan sie IP. Gdy ruch rozgBoszeniowy i zwizany z emisjami grupowymi osiga szczyt z powodu burzy, szczytowa strata mocy procesora mo|e by o caBy rzd wielko[ci wiksza od wielko[ci [redniej. Burze rozgBoszeniowe mog by powodowane przez urzdzenie |dajce informacji od zbyt mocno rozro[nitej sieci. Urzdzenie nie jest w stanie przetworzy tak du|ej liczby odpowiedzi, bdz te| pierwsze |danie wyzwala podobne |dania od innych urzdzeD, co skutecznie blokuje normalny ruch w sieci. Na przykBad adres w poleceniu telnet mumble.com jest tBumaczony na adres IP w procesie wyszukiwania w ramach protokoBu DNS. W celu zlokalizowania odpowiadajcego adresu MAC rozgBaszane jest |danie ARP. Zwykle stacje robocze IP przechowuj w pamici podrcznej w wewntrznych tablicach ARP od 10 do 100 adresów na czas okoBo dwóch godzin. Dla typowej stacji roboczej mo|e to by 50 adresów w przecigu 2 godzin, co daje 0,007 |dania ARP na sekund. Tak wic 2000 stacji koDcowych generuje okoBo 14 |daD ARP na sekund. Znaczcy wzrost ruchu rozgBoszeniowego mo|e by spowodowany dziaBaniem protokoBów routingu skonfigurowanych w danej sieci. Zdarza si, |e administratorzy sieci w ramach strategii nadmiarowo[ci i dostpno[ci konfiguruj wszystkie stacje robocze, tak aby byB na nich uruchomiony protokóB RIP. Co 30 sekund protokóB RIPv1 wykorzystuje rozgBaszanie w celu retransmisji tablic routingu do innych routerów. Je[li dziaBanie protokoBu RIP zostaBoby skonfigurowane na 2000 stacji roboczych, a przesBanie tablicy routingu wymagaBoby [rednio 50 pakietów, stacje robocze generowaByby 3333 rozgBoszenia na sekund. Wikszo[ administratorów sieci konfiguruje niewielk liczb routerów (zwykle od 5 do 10), na których ma by uruchomiony protokóB RIP. 10 routerów z protokoBem RIP wygenerowaBoby 16 rozgBoszeD na sekund w przypadku tablicy routingu o rozmiarze 50 pakietów. Aplikacje z emisj grupow IP mog niekorzystnie wpBywa na wydajno[ du|ej, dobrze skalowanej sieci przeBczanej. Oprócz tego, |e emisja grupowa jest wydajn metod przesyBania strumienia danych multimedialnych do wielu u|ytkowników, to niestety oddziaBuje ona na ka|dego u|ytkownika w sieci przeBczanej. Dana aplikacja wideo operujca pakietami mo|e wygenerowa siedmiomegabajtowy strumieD danych rozgBoszeniowych, który w sieci przeBczanej zostaBby rozesBany do ka|dego segmentu, powodujc wystpienie powa|nego zatoru. 8.2.5 Domeny rozgBoszeniowe Domena rozgBoszeniowa jest zbiorem domen kolizyjnych poBczonych ze sob urzdzeniami warstwy 2. PodziaB sieci LAN na wiksz liczb domen kolizyjnych zwiksza prawdopodobieDstwo uzyskania przez ka|dy host dostpu do medium. PrawdopodobieDstwo kolizji zostaje zredukowane, a ka|dy host zyskuje mo|liwo[ dostpu do szerszego pasma. Jednak pakiety rozgBoszeniowe s przesyBane przez urzdzenia warstwy 2 i, je[li wystpuj zbyt czsto, mog zmniejszy wydajno[ caBej sieci LAN. Poniewa| urzdzenia warstw 1 i 2 nie maj wpBywu na emisje rozgBoszeniowe, musz by one kontrolowane przez urzdzenia warstwy 3. CaBkowity rozmiar domeny rozgBoszeniowej mo|na zidentyfikowa, wyszukujc wszystkie domeny kolizyjne, w których jest przetwarzana ramka rozgBoszeniowa. Innymi sBowy, obejmuje ona obszar sieci ograniczony urzdzeniami warstwy trzeciej. Domeny rozgBoszeniowe s kontrolowane na poziomie warstwy 3, poniewa| routery nie przesyBaj rozgBoszeD. W rzeczywisto[ci routery dziaBaj w warstwach 1, 2 oraz 3 i, tak samo jak urzdzenia warstwy 1, s fizycznie podBczone do medium oraz transmituj dane za jego po[rednictwem. Dane podlegaj enkapsulacji na wszystkich interfejsach i s traktowane tak samo jak w ka|dym innym urzdzeniu warstwy 2. Routery mog segmentowa domeny rozgBoszeniowe w warstwie 3. {eby pakiet zostaB przesBany przez router, musi by wcze[niej przetworzony przez urzdzenie warstwy 2, a informacje ramki musz by usunite. PrzesyBanie w warstwie 3 oparte jest na adresie IP odbiorcy, a nie na adresie MAC. Aby doszBo do przesBania pakietu, musi on zawiera docelowy adres IP spoza zakresu adresów przypisanych danej sieci LAN. Adres ten musi by zawarty w wewntrznej tablicy routingu routera. 8.2.6 Wprowadzenie do przepBywu danych Pojcie przepBywu danych w kontek[cie domen kolizyjnych i rozgBoszeniowych obejmuje sposób, w jaki ramka rozprzestrzenia si w sieci. Dotyczy to przepBywu informacji przez urzdzenia warstw 1, 2 i 3 oraz sposobów efektywnej enkapsulacji danych w celu ich przesBania midzy warstwami. Nale|y pamita, |e proces enkapsulacji na poziomie warstwy sieciowej obejmuje adresy IP nadawcy i odbiorcy, a na poziomie warstwy Bcza danych  adresy MAC nadawcy i odbiorcy. Dobrze jest zapamita, |e urzdzenia warstwy 1 zawsze przekazuj, natomiast urzdzenia warstwy 2  chc" przekaza ramk. Innymi sBowy, urzdzenie warstwy 2 przeka|e ramk, chyba |e zaistniej okre[lone okoliczno[ci. Urzdzenie warstwy 3 nie przeka|e ramki, je[li nie zaistnieje taka potrzeba. Zastosowanie tej reguBy pomo|e zrozumie, w jaki sposób dane s przesyBane przez sie. Urzdzenia warstwy 1 nie filtruj danych, wic wszystkie odebrane dane s przekazywane do nastpnego segmentu. Zwracana ramka poddawana jest procesom regeneracji i synchronizacji, które przywracaj jej pocztkow jako[. Wszystkie segmenty poBczone za po[rednictwem urzdzeD warstwy 1 stanowi t sam domen kolizyjn i rozgBoszeniow. Urzdzenia warstwy 2 filtruj ramki w oparciu o adres MAC odbiorcy. Ramka jest przekazywana, je[li jest kierowana do nieznanego odbiorcy poza domen kolizyjn. Ramka zostanie przekazana tak|e w przypadku, gdy jest cz[ci transmisji grupowej, pojedynczej lub rozgBoszeniowej kierowanej poza lokaln domen kolizyjn. Urzdzenie warstwy 2 nie przeka|e ramki tylko w przypadku, gdy zostanie stwierdzone, |e host nadawcy i odbiorcy znajduj si w tej samej domenie kolizyjnej. Urzdzenie warstwy 2, takie jak most, tworzy wiele domen kolizyjnych, lecz utrzymuje pojedyncz domen rozgBoszeniow. Urzdzenia warstwy 3 filtruj pakiety danych w oparciu o adres IP odbiorcy. Pakiet zostanie przesBany tylko w przypadku, gdy adres IP odbiorcy znajduje si poza domen rozgBoszeniow, a router zidentyfikowaB miejsce, do którego pakiet ma zosta skierowany. Urzdzenia warstwy 3 tworz wiele domen kolizyjnych i rozgBoszeniowych. PrzepByw danych przez routowan sie IP wymaga przesyBania informacji pomidzy urzdzeniami zarzdzajcymi ruchem w warstwach 1, 2 i 3 modelu OSI. Warstw 1 wykorzystuje si do transmitowania danych w medium fizycznym, warstwa 2 sBu|y do zarzdzania domenami kolizyjnymi, natomiast warstwa 3 do zarzdzania domenami rozgBoszeniowymi. 8.2.7 Czym jest segment sieci? Tak jak wiele innych poj i skrótów, sBowo segment ma wiele znaczeD. SBownikowa definicja tego pojcia brzmi: " oddzielna cz[ czego[ " jedna z cz[ci, na które jest lub mogBaby by podzielona jednostka lub zbiór W przypadku transmisji danych u|ywa si nastpujcych definicji: " Sekcja sieci, której granice wyznaczaj mosty, routery lub przeBczniki. " W sieci LAN o topologii magistrali segment jest cigBym odcinkiem obwodu elektrycznego czsto poBczonym z innymi podobnymi segmentami przy u|yciu wtórników. " Pojcie u|ywane w specyfikacji protokoBu TCP do opisu pojedynczej jednostki informacji w warstwie transportowej. Do opisu logicznych grup informacji na ró|nych poziomach modelu odniesienia OSI sBu| równie| pojcia: datagram, ramka, komunikat i pakiet. S one u|ywane w ró|nych [rodowiskach technicznych. Aby poprawnie zdefiniowa pojcie segmentu, nale|y poda kontekst, w jakim u|ywane jest to sBowo. Je[li sBowo segment jest u|ywane w kontek[cie protokoBu TCP, okre[la ono oddzieln porcj danych. Je[li natomiast jest u|yte w kontek[cie fizycznego medium sieciowego w sieci routowanej, oznacza jedn z cz[ci lub sekcji skBadajcych si na caB sie.

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Controlling logistyczny w sieciach usług transportowych
Przelaczanie w sieciach Ethernet akademia cisco (2)
4a 5 1 2 4 Lab Konfiguracja rutingu pomiędzy sieciami VLAN
Pajeczyny doskonaly tekst o sieciach (2)
Zarzadzanie sieciami WAN
Bezpieczeństwo w sieciach TCP IP

więcej podobnych podstron