БИБЛИЯ ХАКЕРА

Протоколы Full-duplex

Технология коммутации оставляет метод доступа к среде в неизмен­ном виде. Это позволяет подключать к портам не только отдельные ком­пьютеры, но и сегменты сетей.

Узлы сегмента разделяют общую среду передачи данных, используя либо пассивный коаксиальный кабель, либо концентраторы. В случае, ес­ли это коммутатор Ethernet, то каждый его порт участвует в процессе об­наружения и отработки коллизий, и без этой функции коммутатор нель­зя бы подключать к сегменту, так как он бы полностью нарушил нормальную работу остальных узлов сегмента. В случае, если это комму­татор колец FDDI, то его порты должны участвовать в процессе захвата и освобождения токена доступа к кольцу в соответствии с алгоритмами МАС-уровня стандарта FDDI.

Однако, когда к каждому порту коммутатора подключен только один компьютер, ситуация становится не такой однозначной.

В обычном режиме работы коммутатор по-прежнему распознает коллизии. В случае, если сеть представляет собой Ethernet на витой паре, то доменом коллизий в этом случае будет участок сети, включающий пе­редатчик коммутатора, приемник коммутатора, передатчик сетевого

Адаптера компьютера, приемник сетевого адаптера компьютера и две ви­тые пары, соединяющие передатчики с приемниками.

Коллизия возникает, когда передатчики порта коммутатора и сете­вого адаптера одновременно или почти одновременно начинают переда­чу своих кадров, считая, что сегмент свободен. В результате строгого соблюдения правил разделения среды по протоколу Ethernet порт комму­татора и сетевой адаптер используют соединяющий их кабель в полудуп­лексном режиме, то есть по очереди — сначала кадр или кадры передают­ся в одном направлении, а затем в другом. При этом максимальная производительность сегмента Ethernet в 14880 кадров в секунду при ми­нимальной длине кадра делится между передатчиком порта коммутатора и передатчиком сетевого адаптера. В случае, если считать, что она делит­ся пополам, то каждому предоставляется возможность передавать при­мерно по 7440 кадров в секунду.

В то же время, передатчик и приемник как сетевого адаптера, так и порта коммутатора способны принимать и передавать кадры с максималь­ной скоростью 14880 кадров в секунду. Такая скорость достигается в том случае, когда в течение длительного времени передача идет в одном на­правлении, например, от компьютера к коммутатору.

Способность оборудования стандарта 10Base-T, то есть Ethemet'a на витой паре, работать с максимальной скоростью в каждом направлении использовали разработчики коммутаторов в своих нестандартных реали­зациях технологий, получивших название полнодуплексных версий Ethernet, Token Ring, FDDI и т. д.

Полнодуплексный режим работы возможен только при существова­нии независимых каналов обмена данными для каждого направления и при соединении «точка-точка» двух взаимодействующих устройств. Есте­ственно, необходимо, чтобы МАС-узлы взаимодействующих устройств поддерживали этот специальный режим, В случае, когда только один узел будет поддерживать полнодуплексный режим, второй узел будет постоян­но фиксировать коллизии и приостанавливать свою работу, в то время как другой узел будет продолжать передавать данные, которые никто в этот момент не принимает.

Так как переход на полнодуплексный режим работы требует изме­нения логики работы МАС-узлов и драйверов сетевых адаптеров, то он сначала был опробован при соединении двух коммутаторов. Уже первые модели коммутатора EtherSwitch компании Kalpana поддерживали полно­дуплексный режим при взаимном соединении, поддерживая скорость взаимного обмена 20 Мб/с.

Позже появились версии полнодуплексного соединения FDDI - коммутаторов, которые при одновременном использовании двух колец FDDI обеспечивали скорость обмена в 200 Мб/с.

Сейчас для каждой технологии можно найти модели коммутаторов, которые поддерживают полнодуплексный обмен при соединении комму­татор-коммутатор. Существуют коммутаторы, которые позволяют объе­динить два коммутатора полнодуплексным каналом более чем по одной паре портов. Например, коммутаторы LattisSwitch 28115 компании Bay Networks имеют по два порта, с помощью которых можно соединять коммутаторы, образуя полнодуплексный канал с производительностью 400 Мб/с.

Такие соединения называются транковыми и являются частной разработкой каждой компании, выпускающей коммуникационное обору­дование, так как нарушают не только логику доступа к разделяемым сре­дам, но и топологию соединения мостов, запрещающую петлевидные контуры (а такой контур всегда образуется при соединении коммутаторов более чем одной парой портов). При соединении коммутаторов разных производителей транк работать не будет, так как каждый производитель добавляет к логике изучения адресов сети коммутатором по транковой связи что-то свое, чтобы добиться от него правильной работы.

После полнодуплексной технологии на соединениях

Коммутатор-коммутатор разработчики реализовали ее и в сетевых адапте­рах, в основном адаптерах Ethernet и Fast Ethernet. Многие сетевые адап­теры сейчас могут поддерживать оба режима работы, отрабатывая логику алгоритма доступа CSMA/CD при подключении к порту концентратора и работая в полнодуплексном режиме при подключении к порту коммута­тора.

Однако, необходимо осознавать, что отказ от поддержки алгоритма доступа к разделяемой среде без какой-либо модификации протокола ве­дет к повышению вероятности потерь кадров коммутаторами, а, следова­тельно, к возможному снижению полезной пропускной способности се­ти (по отношению к переданным данным приложений) вместо ее повышения.

Уже говорилось о том, что использование мостов несет в себе по­тенциальную угрозу потерь кадров при превышении интенсивности вход­ного потока производительности моста. Коммутаторы встречаются с ана­логичной проблемой, даже если их внутренняя производительность выше, чем требуется для обслуживания входных потоков, поступающих на каждый порт с максимально возможной скоростью.

Причина здесь в ограниченной пропускной способности отдельно­го порта, которая определяется не производительностью процессора, ко­торый обслуживает порт, а временными параметрами протокола. Напри­мер, порт Ethernet не может передавать больше 14880 кадров в секунду, если он не нарушает временных соотношений, установленных стандар­том.

Поэтому, если входной трафик неравномерно распределяется меж­ду выходными портами, то легко представить ситуацию, когда в какой - либо выходной порт коммутатора будет направляться трафик с суммар­ной средней интенсивностью большей, чем протокольный максимум.

Какой бы ни был объем буфера порта, он в какой-то момент време­ни обязательно переполнится.

В территориальных сетях технология коммутации кадров и пакетов применяется уже очень давно. Сети Х.25 используют ее уже более 20 лет. Технологию коммутации используют и новые территориальные сети, в частности сети frame relay и ATM. В этих сетях конечные узлы подключа­ются к коммутаторам полнодуплексными каналами связи, такие же кана­лы используются и для соединения коммутаторов между собой. Протоко­лы территориальных сетей сразу разрабатывались для организации полнодуплексной связи между узлами сети, поэтому в них были заложе­ны процедуры управления потоком данных. Эти процедуры использова­лись коммутаторами для снижении интенсивности поступления кадров на входные порты в случае заполнения внутренних буферов коммутатора свыше опасного предела. В таких ситуациях коммутатор направлял сосед­нему узлу специальный служебный кадр «Приемник не готов», при полу­чении которого соседний узел обязан был приостановить передачу кадров по данному порту. При перегрузках сети в конце концов служебные кад­ры доходили и до конечных узлов — компьютеров — которые прекраща­ли на время заполнять сеть кадрами, пока имеющиеся в буферах кадры не передавались узлам назначения. Вероятность потери кадров при наличии встроенных в протокол процедур управления потоком становится очень небольшой.

При разработке коммутаторов локальных сетей ситуация образом отличалась от ситуации, при которой создавались коммутаторы территориальных сетей. Основной задачей было сохранение конечных уз­лов в неизменном виде, что исключало корректировку протоколов ло­кальных сетей. А в этих протоколах процедур управления потоком не бы­ло — использование общей среды передачи данных в режиме разделения времени исключало возникновение ситуаций, когда сеть переполнялась бы необработанными кадрами. Сеть не накапливала данных в каких-ли­бо промежуточных буферах при использовании только повторителей или концентраторов.

Поэтому применение коммутаторов без изменения протокола рабо­ты оборудования всегда порождает опасность потерь кадров. В случае, ес­ли порты коммутатора работают в обычном, то есть в полудуплексном режиме, то у коммутатора имеется возможность оказать некоторое воз­действие на конечный узел и заставить его приостановить передачу кад­ров, пока у коммутатора не разгрузятся внутренние буфера. Нестандарт­ные методы управления потоком в коммутаторах при сохранении прото­кола доступа в неизменном виде будут рассмотрены ниже.

В случае, если же коммутатор работает в полнодуплексном режиме, то протокол работы конечных узлов, да и его портов все равно меняется. Поэтому имело смысл для поддержки полнодуплексного режима работы коммутаторов разработать новые протоколы взаимодействия узлов, кото­рые бы использовали явные и стандартные механизмы управления пото­ком при сохранении. неизменным только формата кадров. Сохранение формата кадров необходимо для того, чтобы к одному и тому же комму­татору можно было бы подключать новые узлы, имеющие сетевые адап­теры полнодуплексного режима, и старые узлы или сегменты узлов, под­держивающие алгоритм доступа к разделяемой среде.

Работа над выработкой стандарта для полнодуплексных версий Ethernet, Fast Ethernet и других технологий локальных сетей идет уже не­сколько лет, однако на момент написания этого пособия такие стандарты пока не приняты из-за разногласий членов соответствующих комитетов по стандартизации, отстаивающих подходы фирм, в которых они ра­ботают.

Тем не менее, каждая из крупных компаний, выпускающих комму­никационно е оборудование, имеет свою версию полнодуплексных техно - логий и поддерживает их в своих продуктах — сетевых адаптерах и комму­таторах. Эти версии используют встроенные процедуры управления потоком. Обычно это несложные процедуры, использующие две команды — Приостановить передачу и Возобновить передачу — для управления по­током кадров соседнего узла сети.

/