Iv bap. Tarmaq operacion sistemaları 1 Operacion sistemalardıń wazıypası qollanılıwı

5.13. Kommutatorlardıń qurılısı hám islewiniń ózine say qásiyetleri
Joqarı ónimdar, zamanagóy kompyuterler, multimediyalı islew beriw texnologiyalarınıń payda bolıwı, tarmaqtıń kóp sanlı segmentlerge bóliniwi menen klassikalıq kópirler, olarǵa uqsas bolǵan kommutatorlar isley almay qaldı. Endi bir neshe portlar arasıdaǵı kadrlar aǵımın bir processorlı blok qosılıwı járdeminde xızmet kórsetiw processorınıń tez islewin sezilerli arttırıw talab qılındı. Hár bir portqa keletuǵın aǵımǵa xızmet kórsetiw ushın qurılmaǵa kópir algoritimin isletetuiǵın ayrıqsha arnalǵan processor qoyılıwına muwapıq sheshim ónimdarlı boldı. Zamanagóy kommutator bul óziniń bárshe portlar juplıqları arasında birgelikte parallel ráwishte kadrlardı háreketlendiriwge imkanı bólǵan multiprocessorlı kópirdir. Kommutatordıń processorları processorlardı yad blokları menen baylanıstıratuǵın multiprocessorlı kompyuterler matritcalarına uqsas bolǵan kommutacion matrica arqalı baylanısadı.

Waqt ótiwi menen kommutatorlar aymaqlıq tarmaqlardan klassik bir protsessorlı kópirdi shıǵarıp tasladı. Bunıń tiykarǵı sebebi tarmaq segmentleri arasında kommutatorlar uzatatuǵın kadrlardıń sezilerli joqarı ónimdarlıǵı boldı. Eger kópirler bazı bir waqtları tarmaqtıń islewin páseyttirse, onda kommutatorlar hár dayım protokollar esaplanǵan dárejedegi maksimal tezliklerde kadrlardı uzatıwı múmkin bolǵan portlar processorlar menen islep shıǵarıldı. Buǵan parallel ráwishte portlar arasında kadrlardı uzatıw imkaniyatları kommutatorlar arxitekturasınıń quwatlı rawajlanıwın táminledi. Natiyjede zamonagóy kommutatorlardıń ónimdarlıǵı joqarıda kórip shıǵılǵan kópir/kommutatorlardan bir neshe tártiplerge joqarı boldı. Eger olar sekundına 5 mıńǵasha kadrlardı qayta islese, onda zamonagóy kommutatorlar sekundına bir neshe millionlarǵasha kadrlardı uzatıwı múmkin.

Ethernet segmentlerin kommutaciyalaw texnologiyası isshi stansiyalar segmentleri menen joqarı ónimdar serverler alaqalarınıń ótkiziw qásiyetlerin asırıwǵa bolǵan talaplardıń ósiwine juwap 1990 jılda islep shıǵıldı. Bunday túrdegi kommutatorda bos bolǵanda, kadrdı qabıl qılıw momentinde shıǵıw portınıń jaǵdayında kadrdıń birinshi baytınıń alınıwı hám mine usı bayttı uzatıw adressi port shıǵıwında payda bolıwı arasındaǵı keshigiw (zaderjka) 40 mkstı quradı, bul kópir arqalı kadrdı uzatıwdaǵı keshigiwden ádewir kishi boldı.

Bunday túrdegi kommutatordıń dúzilis sxeması 5.30-súwrette keltirilgen.

10Base-T texnologiyasınıń hár bir 8 portına Ethernet paketleriniń ayrıqsha portı (PP) arqalı xızmet kórsetiledi. Bunnan tısqarı, kommutator PP nıń bárshe processorlarınıń islewin basqaratuǵın, atap aytqanda kommutatordıń ulıwmalıq adressli kestesin alıp baratuǵın sistemalı modulge iye.

Portlar arasında kadrlardı uzatıw ushın kommutacion matricadan paydalanıladı. Ol kommutatordıń portların bylaw menen kanallardı kommutaciyalaw prinsipi boyiınsha islewdi. Matrica 8 portlar ushın bir waqtta portlardıń yarım dupleks is tártibinde 8 kanaldı hám hár bir porttıń uzatıwshı hám qabıl qılıwshı bir-birlerinen mustaqıl ráwishte isleytuǵın dupleks is tártibinde 16 ta kanaldı támiynlewi múmkin.

Qandaydur portqa kadr kelgeninde PP nıń sáykes protsessorı uzatıw adressin oqıw ushın kadrdıń bir neshe birinshi baytların buferge jaylastıradı. Uzatıw adressi alınǵanınan keyinlew processor kadrdıń qalǵan baytların keliwin kútpesten oǵan islew beriwge túsedi.

1. PP protsessorı adressli kesteni óz kesh yadın kórip shıǵadı, eger ol jerde ol kerekli adressti tappasa, sistemalı modulge múráját qıladı. Sistemalı modul PP nıń bárshe processorlardıń sorawlarına xızmet qılıw menen parallel ráwishte kópdástúriy is tártibinde isleydi. Ol ulıwmalıq adressli kesteni kórip shıǵıwdı ámelge asıradı hám processordı tabılǵan qatarǵa qaytaradı. Processor keyingi islatiw ushın kerakli adressti óziniń kesh yadın buferge jaylastıradı.

2. Eger uzatıw adressi ulıwmalıq adress adressli kestede tabılǵan bolsa hám kadrdı filtrlew kerek bolsa, processor buferlep baytlardı jazıwdı, buferdi tazalaydı hám jańa kadrdıń keliwin kútedi.

3. Eger adress tabılǵan hám kadrdı basqa portqa uzatıw kerek bolsa, processor buferge kadrlardı qabıl qılıwdı dawam ettirip kommutacion matricaǵa múráját qıladı. Pocessor uzatıw adressine ol arqalı marshrut baratuǵın port penen onıń portın baylanıstıratuǵın joldı ornatıwǵa urınadı.

4. Kommutacion matrica bunı bul momentke kelip uzatıw adressi, portı bos bolǵanda, yaǵnıy bul kommutatordıń basqa portı menen baylanıspaǵan bolǵanda ámelge asırıwı múmkin.

5. Eger port bánd bolsa, ol jaǵdayda bárshe kanallar kommutaciyalanatuǵın qurılmalardaǵı sıyaqlı matrica baylanısıwǵa ruxsat etpeydi. Bul jaǵdayda kadr tolıǵınsha kiris portı processorı arqalı buferge jaylastıradı, bunnan keyin processor shıǵıw portınıń bosawin hám kommutacion matricada kerekli joldıń payda bolıwın kútedi.

6. Kerekli jol ornatılǵanınan keyin, oǵan shıǵıw portı qabıl qılatuǵın kadrdıń buferge jaylastırılǵan baytları baǵdarlandırıladı. Shıǵıw portı processorı oǵan CSMA/CD algoritimi boyınsha jalǵanǵan Ethernet segmentine ruxsattı olıwı menen kadrdıń baytları tarmaqqa uzatıla baslanadı. Kiriw port processorı hár dayım óz buferinde qabıl qılınatuǵın kadrdıń bir neshe baytların saqlaydı, bul oǵan mustaqıl hám asinxron ráwishte kadr baytların qabıl qiliw hám uzatıw imkaniyatın beredi. Kommutacion matrica arqalı portlardıń óz-ara tásirine mısallardan biri 5.31-súwrette keltirilgen. Kommutacion matricanıń bunday usılda qurılısı aymaqlıq tarmaqlardıń birinshi islep shıǵarılǵan kommutatorlarında isletilgen. Ol processorlardıń ápiwayı óz-ara islew usılın támiynleydi, biraq matricanıń isletiliwi sheklengen sanlı portlar ushın múmkin boladı.

Joqarıda atap ótilgen kadrǵa islew beriw usılı, kadrdı tolıq buferge jaylastırıwsız, mánisine kóre, kadrǵa konveyerli islew beriwdur. Bunda kadrdı uzatıw basqıshları waqt boyınsha birlestiriledi: kiris portı processorı arqalı kadrdıń birinshi baytların, sonday-aq, uzatıw adressleri baytların qabıl qiliw, kommutatordıń adressli kestesinen uzatıw adressin qıdırıwi, matricanı kommutaciyalaw, shıǵıw portı processorı arqalı kadrdıń qalǵan baytların qabıl qılıw, shıǵıw portı processorı menen kommutacion matrica arqalı kadrdıń baytların (birinshilerin qosǵanda) qabıl qılıw, shıǵıw portı processorlı ortalıqqa ruxsat etiwdi alıw, shıǵıw portı protsessorı arqalı kadr baytların tarmaqqa uzatıw.

Kommutatordan paydalanılǵanda tarmaqtıń ónimdarlıǵın asırıwdıń bas usıllarınan biri bir neshe kadrlarǵa parallel islew beriw esaplanadı. Bul nátiyjeli ónimdarlıqtıń ideal jaǵdayı súwretlengen 5.32-súwret ańlatadı. Bunda 8 portlardan 4 tewi Ethernet protokolı ushın maksimal bolǵan 10 Mbit/s tezlikte maǵlıwmatlardı uzatadı. Binobarin, olar bul maǵlıwmatlardı qalǵan tórt portlarǵa bahslarsiz uzatadı. Tarmaqtıń túyinleri arasındaǵı maǵlıwmatlar aǵımları sonday bólistirilgen, kadrlardıń hár bir qabıl qılıwshı portı ushın óz shıǵıw portı bar (kompyuterler arsındaǵı kadrlar aǵımları 1,2,3,4 túrde belgilengen).

Eger kommutator kiriw portlarına kadrlardıń keliwin maksimal intensivlikte kiriw trafigine islew beriwge úlgerse, ol jaǵdayda keltirilgen mısaldaǵı kommutatordıń ulıwmalıq ónimdarlıǵı 4x10 = 40 Mbit/s ti, N portlar ushın ulıwmalastırılǵanda bolsa (N/2)x10 Mbit/s ti quraydı. Bunday jaǵdayda kommutator onıń portlarına jalǵanǵan hár bir stanciyaǵa hám segmentke protokoldıń ajratılǵan ótkiziw qásiyetlerin usınadı, delinedi.

Bizge belgili, tarmaqta hámme waqt joqarıda bayan etilgen jaǵday bolabermeydi. Eger eki stanciyadan, máselen, 3 hám 4-portlarǵa jalǵanǵan stanciyalardan bir waqtta 8-portqa jalǵanǵan sol bir serverge jazıw kerek bolsa, ol jaǵdayda kommutator hár bir stansiyaǵa 10 Mbit/s tan ajrata almaydı, sebebi 8-port 20 Mbit/s tezlikte maǵlıwmatlardı uzata almaydı. Stanciyalardıń kadrları kiriw 3 hám 4-portlarınıń ishki náwbetlerinde 8-porttı náwbettegi kadrdıń uzatılıwı ushın bos bolıwın kútedi. Kórinip turıptı, maǵlıwmatlar aǵımların bunday bálistiriliwi ushın jaqsı sheshim sıpatında serverdi jaqarıraq tezlikli portqa, máselen, Fast Ethernet ke jalǵasa boladı.

Eger kommutator portlarına a keletuǵın kadrlar tezliginde óziniń portlarında kadrlardı uzata alsa, ol blokirovkalanbaytuǵın delinedi.

Eger kommutator blokirovkalanbaytuǵın turaqlı jumıs tártibin qollap-quwatlay alsa, bul sonı bildiredi, kommutator ıxtıyarıy waqt aralıǵı waqtında kadrlardı keliw tezliginde olardı uzatadı. Bunday is tartibin táminlew ushın shıqıw portları arasında kadrlar aǵımın sonday bólistiriw kerek, birinshiden, portlar júkleme menen úlgersin, ekinshiden, kommutator hár dayım ortasha esapta qansha kadr kelgen bolsa, shıǵıwlarǵa sonsha kadr uzatatuǵın bolsın.

Aymaqlıq tarmaqlar ushın birinshi kommutatorlar Ethernet texnologiya ushın tosınnan payda bolǵan joq. Ethernet tarmaqlardı ǵalabalıǵına baylanıslı bolǵan sebeplerden tısqarı, basqa sebeplerde bar edi. Bul texnologiya basqalardan kóre kóbirek segmenttiń júklaniwi ashqanda ortalıqtan paydalaniwdı kútiw waqtın artıp ketiwinen zıyan kórdi. Sonıń ushın úlken tarmaqlarda Ethernet segmentleri birinshi náwbette tar orınlarda júksizleniw quralına zárúr boldı hám bul qural dúzilisi 5.30-súwrette keltirilgen kommutatorlar boldı. Bazı bir kompaniyalar aymaqlıq tarmaqlardıń Token Ring i FDDI kibi basqa texnologiyalardıń ónimdarlıǵın asırıw ushın kommutaciyalaw texnologiyaların rawajlandıra basladı. Túrli islep shıǵarıwshılar kommutatorlardıń ishki dúziliwi bazı bir waqtları birinshi Ethernet kommutatorı dúzilisinen júdá parq qıldı, biraq bárshe portlar boyınsha kadrlardı parallel islew beriw prinsipi ózgermey qaldı.

Kommutatorlardıń keń qollanılıwına sol sebep boldı, kommutaciyalaw texnologiyasınıń járiyalanıwı tarmaqlarda ornatılńǵan qurılmalar tarmaq adapterleri, konsentratorlar, kabel sistemalarınıń almastırılıwın talap qlmadı. Kommutatorlar portları ádettegi yarım dupleks is tártibinde isledi, sonıń ushın olarǵa kórinetuǵın tárizde de aqırǵı túyin, hám pútin logikalıq segmentti quraytuǵın konsentratordı jalǵaw múmkin boldı. Kommutatorlar hám kópirler tarmaq basqıshındaǵı protokollar ushın kórinetuǵın bolǵanlıǵı sebepli, olardıń tarmaqta payda bolıwı marshrutizatorlarǵa, eger olar tarmaqta bolsa, hesh qanday tásir etpeydi.

Kanallı basqıshlı protokollar kommutatorları menen translyaciya máselelerin kórip shıǵamız.

IEEE dizimlerine sáykes kommutatorlar kanallı basqıshlı bir protokoldan basqasına, máselen, Ethernet ten FDDI ǵa, Fast Ethernet ten Token Ring ge translyaciyanı orınlawı múmkin. aymaqlıq tarmaqlar protokolları translyaciyası sol fakt jeńillestiredi, quramalıraq jumıstıń adresslerin translyaciyalaw boyınsha jumıstıń bir jınslı bolmaǵan tarmaqlardı birlwstiriwde marshrutizatorlar hám shlyuzlar orınlaytuǵın jumıstı bul jaǵdayda orınlaw kerek bolmaydı.

Aymaqlıq tarmaqlardıń bárshe aqırǵı túyinleri sol bir formattaǵı úlken (unikal) adresske, yaǵnıy qollap-quwatlaytuǵın protokoldan mustaqıl bolǵan MAS-adreske iye boladı. Sonıń ushın Ethernet tarmaq adapteri FDD1 tarmaq adapterine túsinerli boladı hám olardıń ekewide de olar óz-ara baylanıs qılıp atırǵan túyin basqa texnologiya boyınsha isleytuǵın tarmaqqa tiyisliligi haqqında oylamastan bul adreslerden óz kadrlar maydanlarında paydalanıwları múmkin.

Aymaqlıq tarmaqlar protokolların maslastırıwda kommutatorlardı bir protokol kadrınan basqa protokol kadrına uzatıwshı hám qabıl qılıwshı adresleri ápiwayı ótkiziledi.

Trafiktı filtrlew. Kommutatorlardıń kóplep modelleri adminlerge adresli keste axborotlarına sáykes kadrlardı filtrlewdiń standart shártleri menen bir qatarda olardı filtrlewdiń qosımsha shártlerin táminlew imkaniyatın beredi.

Qisman kórip shıǵılǵan 5.31-súwrettegi kommutacion matrica portlar processorlarınń óz-ara islewiniń eń ápiwayı usılın táminleydi, bul usıl aymaqlıq tarmaqlardıń birinshi islep shıǵarılǵan kommutatorlarında isletilgen. Bunday túrdegi matricanıń kemshiligi kommutator portları sanınıń artıwı menen sxema quramalılıǵınıń keskin artıwı esaplanadı.

Segiz port ushın kommutacion matricanıń bólıwı múmkin bólǵan isletiliw variantlarınan biriniń keń kórinisi 5.33-súwrette keltirilgen. Portlar processorlarınıń kiriw blokları kommutatordıń adresli kestesin kórip shıǵıwı tiykarında uzatıw adresi boyınsha shıǵıw portınıń nomerin (tártip sanın) anıqlaydı. Bul xabardı olar arnawlı jarlıq – teg kórinisinde dástlepki kadrdıń baytlarına qosadı. Usı mısal ushın teg shıǵıw portı nomerine sáykes keletuǵın ápiwayı 3-razryadlı ekilik san esaplanadı.

Matrica óz kirisin teg biti mánisine baylanıslı ráwishte eki shıǵıwlardan birine jalǵaytuǵın ekilik qayta jalǵawshılardıń úsh basqıshlarınan ibarat. Birinshi basqısh qayta jalǵawshıları tegdiń birinshi biti, ekinshisi tegdiń ekinshi biti, úshinshisi bolsa tegdiń úshinshi biti menen basqarıladı.

Matrica basqada túrdegi kombinacion sxemalar tiykarında dúzilgen bolıwı múmkin, biraq onıń ózine sáykes qásiyeti bári bir fizikalıq kanallardı kommutaciyalaw texnologiyasında qaladı. Bul texnologiyanıń kemshiligi kommutacion matrica ishkerisinde maǵlıwmatlardı buferge jaylastırıwdıń joqlıǵı esaplanadı. Eger tarkibiy kanaldıń shıǵıw portın yáki aralıq kommutacion elementniń bántligi sebepli qurıp bolmasa, bul jaǵdayda kadrdı alǵan kiris blokında jıynaw kerek. Bunday matricalardıń tiykarǵı abzallıqları joqarı kommutaciyalaw tezligi hám integral mikrosxemalarda isletiliwi qolay bólǵan turaqlı struktura esaplanadı. Biraq, matrica isletilgennen keyin KIS quramında jáne bir kemshilik kommutaciyalanatuǵın portlardıń sanın asırıwdıń quramalılıǵı payda boladı.