قدرات المحولات الحديثة لتنظيم الشبكات الافتراضية. الشبكات المحلية الافتراضية (VLAN)

إذا فكرت في كيفية عمل الشبكات الافتراضية، يتبادر إلى ذهنك فكرة أن الأمر لا يتعلق فقط بالجهاز المرسل، بل بإطار VLAN نفسه. إذا كانت هناك طريقة ما لتحديد شبكة VLAN من خلال رأس الإطار الخاص بها، فلن تكون هناك حاجة لعرض محتوياتها. على أقل تقدير، في شبكات tHna 802.11 أو 802.16 الجديدة، سيكون من الممكن تمامًا إضافة حقل رأس خاص. في الواقع، معرف الإطار في معيار 802.16 هو مجرد شيء على هذا المنوال. ولكن ماذا تفعل مع شبكة Ethernet - الشبكة المهيمنة التي لا تحتوي على أي حقول "احتياطية" يمكن منحها لمعرف الشبكة الافتراضية؟ تناولت لجنة IEEE 802 هذه القضية في عام 1995. بعد الكثير من المناقشات، تم تحقيق المستحيل - تم تغيير تنسيق رأس إطار Ethernet!؟ تم نشر التنسيق الجديد تحت اسم 802.1Q في عام 1998. تم إدراج علامة VLAN في رأس الإطار، والتي سننظر إليها الآن باختصار. من الواضح أن إجراء تغييرات على شيء تم إنشاؤه بالفعل، مثل Ethernet، يجب أن يتم بطريقة غير تافهة. على سبيل المثال، تطرح الأسئلة التالية:

• 1. ماذا إذن، الآن سيتعين علينا رمي عدة ملايين من بطاقات شبكة Ethernet الموجودة بالفعل في سلة المهملات؟
• 2. إذا لم يكن الأمر كذلك، فمن الذي سيقوم بإنشاء حقول إطار جديدة؟
• 3. ماذا يحدث للإطارات التي وصلت بالفعل إلى الحد الأقصى للحجم؟

وبطبيعة الحال، كانت لجنة 802 قلقة بشأن هذه القضايا، ورغم كل شيء، تم التوصل إلى حل.

الفكرة هي أنه في الواقع، يتم استخدام حقول VLAN فقط عن طريق الجسور والمحولات، وليس عن طريق أجهزة المستخدم. لذلك، لنفترض أن الشبكة ليست قلقة للغاية بشأن وجودها في القنوات القادمة من المحطات النهائية حتى تصل الإطارات إلى الجسور أو المحولات. وبالتالي، لكي يكون العمل مع الشبكات الافتراضية ممكنا، يجب أن تكون الجسور والمحولات على علم بوجودها، ولكن هذا المطلب واضح بالفعل. الآن نقوم بوضع مطلب آخر: يجب أن يكونوا على علم بوجود 802.1Q. يتم بالفعل إنتاج المعدات المقابلة. أما بالنسبة لبطاقات الشبكة والإيثرنت القديمة، فلا داعي للتخلص منها. لم تتمكن لجنة 802.3 من إقناع الأشخاص بتغيير حقل النوع إلى حقل الطول. هل يمكنك أن تتخيل ماذا سيكون رد الفعل إذا قال شخص ما أنه يمكن التخلص من جميع بطاقات Ethernet الموجودة؟ ومع ذلك، تظهر نماذج جديدة في السوق، ومن المأمول أن تكون الآن متوافقة مع 802.1Ј) وأن تكون قادرة على ملء حقول التعريف بشكل صحيح الشبكات الافتراضية.

إذا لم ينشئ المرسل حقل سمة الشبكة الافتراضية، فمن يفعل ذلك؟ الجواب هو: أول جسر أو محول يتم مواجهته على طول الطريقة التي يعالج بها إطارات الشبكة الافتراضية يقوم بإدراج هذا الحقل، وآخر جسر أو محول يقطعه. ولكن كيف تعرف الشبكة الافتراضية التي تريد النقل إليها؟ حركة مرور جهاز التوجيه على الشبكة المحلية

للقيام بذلك، يمكن للجهاز الأول الذي يقوم بإدراج حقل VLAN تعيين رقم شبكة افتراضية للمنفذ، أو تحليل عنوان MAC أو (لا سمح الله بالطبع) التجسس على محتويات حقل البيانات. وإلى أن يتحول الجميع إلى بطاقات Ethernet المتوافقة مع 802.1Q، سيكون الأمر على هذا النحو تمامًا. ومن المأمول أن تلتزم جميع بطاقات NIC الخاصة بـ Gigabit Ethernet بمعيار 802.1Q منذ بداية إنتاجها، وبالتالي فإن جميع مستخدمي Gigabit Ethernet لهذه التقنية سيكون لديهم تلقائيًا إمكانيات 802.1Q المتاحة. أما بالنسبة لمشكلة الإطارات التي يزيد طولها عن 1518 بايت، فإن معيار 802.1Q يحلها بزيادة الحد إلى 1522 بايت. عند نقل البيانات، قد يحتوي النظام على كلا الجهازين، حيث لا يعني اختصار VLAN أي شيء على الإطلاق (على سبيل المثال، Ethernet الكلاسيكي أو السريع)، بالإضافة إلى المعدات المتوافقة مع الشبكات الافتراضية (على سبيل المثال، Gigabit Ethernet). هنا، تمثل الرموز المظللة الأجهزة المتوافقة مع شبكة VLAN، وتمثل المربعات الفارغة كافة الأجهزة الأخرى. للتبسيط، نفترض أن كافة المحولات متوافقة مع شبكة VLAN. إذا لم يكن الأمر كذلك، فإن المحول الأول المتوافق مع شبكة VLAN سيضيف علامة شبكة افتراضية إلى الإطار، بناءً على المعلومات المأخوذة من عنوان MAC أو IP.

تقوم بطاقات شبكة Ethernet المتوافقة مع VLAN بإنشاء إطارات ذات إشارات (أي إطارات 802.1Q)، ويتم تنفيذ المزيد من التوجيه باستخدام هذه العلامات. لإجراء التوجيه، يجب أن يعرف المحول، كما كان من قبل، الشبكات الافتراضية المتوفرة على كافة المنافذ. المعلومات التي تشير إلى أن الإطار ينتمي إلى الشبكة الافتراضية الرمادية لا تعني شيئًا حقًا، حيث لا يزال المحول بحاجة إلى معرفة المنافذ المتصلة بأجهزة الشبكة الافتراضية الرمادية. وبالتالي، يحتاج المحول إلى جدول تعيين منافذ الشبكة الافتراضية، والذي يمكن من خلاله أيضًا معرفة ما إذا كانت منافذ VLAN متوافقة. عندما يرسل جهاز كمبيوتر عادي، غير مدرك لوجود شبكات افتراضية، إطارًا إلى محول شبكة افتراضية، يقوم الأخير بإنشاء إطار جديد، وإدراج علامة VLAN فيه. يتلقى المعلومات الخاصة بهذه العلامة من الشبكة الافتراضية للمرسل (يتم تحديدها بواسطة رقم المنفذ أو عنوان MAC أو IP.) من الآن فصاعدًا، لم يعد أحد يقلق بشأن كون المرسل جهازًا لا يدعم معيار 802.1Q وبنفس الطريقة، يجب على المحول الذي يرغب في تسليم إطار بعلامة إلى مثل هذا الجهاز تحويله إلى التنسيق المناسب. الآن دعونا نلقي نظرة على تنسيق 802.1Q نفسه. التغيير الوحيد هو زوج من الحقول 2 بايت. الأول يسمى معرف بروتوكول VLAN. دائمًا ما تكون القيمة 0x8100. وبما أن هذا العدد يتجاوز 1500، ثم كل شيء بطاقات الشبكةتفسره شبكة Ethernet على أنها "نوع" وليس "طول". من غير المعروف ما ستفعله البطاقة غير المتوافقة مع 802.1Q، لذلك من الناحية النظرية، لا ينبغي أن تصل إليها هذه الإطارات بأي شكل من الأشكال.

يحتوي الحقل الثاني ثنائي البايت على ثلاثة حقول متداخلة. العامل الرئيسي هو معرف VLAN، الذي يشغل الـ 12 بت الأقل أهمية. يحتوي على المعلومات التي تم من خلالها بدء جميع تحويلات التنسيق هذه بالفعل: فهو يشير إلى الشبكة الافتراضية التي ينتمي إليها الإطار. لا علاقة لحقل الأولوية المكون من ثلاثة بتات بالشبكات الافتراضية على الإطلاق. يعد تغيير تنسيق إطار Ethernet ببساطة بمثابة طقوس مدتها عشرة أيام وتستغرق ثلاث سنوات ويقوم بها حوالي مائة شخص. لماذا لا تترك ذكرى لنفسك على شكل ثلاث أجزاء إضافية، وحتى مع هذا الغرض الجذاب. يتيح لك حقل الأولوية التمييز بين حركة المرور ذات المتطلبات الزمنية الصارمة، وحركة المرور ذات المتطلبات المتوسطة، وحركة المرور التي لا يعد وقت الإرسال فيها حرجًا. وهذا يسمح للمزيد جودة عاليةالخدمات في إيثرنت. يتم استخدامه أيضًا في الصوت عبر الإيثرنت (على الرغم من أن IP كان له مجال مماثل لمدة ربع قرن ولم يحتاج أحد لاستخدامه على الإطلاق). الجزء الأخير، CFI (مؤشر التنسيق القانوني)، يجب أن يسمى مؤشر أنانية الشركة. كان المقصود في الأصل الإشارة إلى أن تنسيق عنوان MAC كان باللغة endian الصغيرة (أو endian الصغيرة، على التوالي)، ولكن في خضم المناقشة تم نسيان ذلك بطريقة ما. وجودها الآن يعني أن حقل البيانات يحتوي على إطار 802.5 متقلص، والذي يبحث عن شبكة 802.5 أخرى ودخل إلى الإيثرنت بالصدفة تمامًا. لذلك فهي في الواقع تستخدم شبكة إيثرنت كوسيلة للنقل. كل هذا، بالطبع، ليس له أي علاقة تقريبًا بالشبكات الافتراضية التي تمت مناقشتها في هذا القسم. لكن سياسة لجنة التقييس لا تختلف كثيرًا عن السياسة المعتادة: إذا قمت بالتصويت لصالح تضمين الجزء الخاص بي في التنسيق، فسوف أصوت لصالح الجزء الخاص بك. كما ذكرنا سابقًا، عندما يصل إطار يحمل علامة شبكة افتراضية إلى محول متوافق مع VLAN، يستخدم الأخير معرف الشبكة الافتراضية كفهرس في الجدول الذي يبحث فيه عن المنفذ الذي سيتم إرسال الإطار إليه. ولكن من أين يأتي هذا الجدول؟ إذا تم تطويره يدويًا، فهذا يعني العودة إلى المربع الأول: تكوين المحولات يدويًا. جمال الجسور الشفافة هو أنها تقوم بتكوين نفسها تلقائيًا ولا تتطلب أي تدخل خارجي. سيكون من العار الكبير أن تفقد هذه الخاصية. ولحسن الحظ، فإن جسور الشبكة الافتراضية يتم تكوينها ذاتيًا أيضًا. يتم الإعداد بناءً على المعلومات الموجودة في علامات الإطارات الواردة. إذا وصل الإطار الذي يحمل علامة VLAN 4 إلى المنفذ 3، فلا شك أن إحدى الأجهزة المتصلة بهذا المنفذ موجودة في الشبكة الافتراضية 4. يشرح معيار 802.1Q بوضوح تام كيفية إنشاء الجداول الديناميكية. في هذه الحالة، تتم الإشارة إلى الأجزاء المقابلة من خوارزمية بيرلمان، والتي تم تضمينها في معيار 802.ID. قبل أن ننتهي من الحديث عن التوجيه في الشبكات الافتراضية، نحتاج إلى تقديم ملاحظة أخرى. يرتبط العديد من مستخدمي الإنترنت والإيثرنت بشكل متعصب بالشبكات غير المتصلة ويعارضون بشدة أي نظام لديه ولو إشارة إلى الاتصال به. مستوى الشبكةأو مستوى نقل البيانات ومع ذلك، في الشبكات الافتراضية، هناك نقطة فنية واحدة تشبه إلى حد كبير إنشاء اتصال. إنه على وشكأن تشغيل الشبكة الافتراضية مستحيل بدون أن يحتوي كل إطار على معرف يتم استخدامه كمؤشر لجدول مدمج في المحول. باستخدام هذا الجدول، يتم تحديد المسار الإضافي المحدد جيدًا للإطار. هذا هو بالضبط ما يحدث في الشبكات الموجهة للاتصال. في الأنظمة غير المتصلة، يتم تحديد المسار بواسطة عنوان الوجهة، ولا توجد معرفات للخطوط المحددة التي يجب أن يعبر الإطار من خلالها.

في عام 1980، أنشأ معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) لجنة معايير الشبكات المحلية 802، مما أدى إلى اعتماد مجموعة معايير IEEE 802.x، والتي تحتوي على توصيات لتصميم المستويات الأدنى من الشبكات المحلية. وفي وقت لاحق، شكلت نتائج عمله الأساس لمجموعة من المعايير الدولية ISO 8802-1...5. تم إنشاء هذه المعايير بناءً على معايير شبكات Ethernet الخاصة الشائعة جدًا، ArcNet وToken Ring.

(بالإضافة إلى IEEE، شاركت منظمات أخرى أيضًا في توحيد بروتوكولات الشبكات المحلية. وهكذا، بالنسبة للشبكات التي تعمل على الألياف الضوئية، قام معهد التقييس الأمريكي ANSI بتطوير معيار FDDI، مما يوفر معدل نقل بيانات يبلغ 100 ميجا بايت / ثانية. يتم أيضًا تنفيذ توحيد البروتوكولات من قبل جمعية ECMA (الرابطة الأوروبية لمصنعي أجهزة الكمبيوتر)، التي اعتمدت معايير ECMA-80، 81، 82 لشبكة محلية من نوع Ethernet، ثم معايير ECMA-89، 90 لتمرير الرمز المميز طريقة.)

تغطي معايير عائلة IEEE 802.x فقط الطبقتين السفليتين من الطبقات السبع لنموذج OSI - الارتباط المادي ورابط البيانات. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن هذه المستويات تعكس إلى حد كبير تفاصيل الشبكات المحلية. المستويات العليا، بدءًا من مستوى الشبكة، لديها إلى حد كبير سمات مشتركة لكل من المستوى المحلي و الشبكات العالمية.

تنعكس تفاصيل الشبكات المحلية أيضًا في تقسيم طبقة ربط البيانات إلى مستويين فرعيين:

الطبقة الفرعية للتحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC).

الطبقة الفرعية لنقل البيانات المنطقية (Logical Link Control, LLC).

ظهرت طبقة MAC بسبب وجود وسيلة نقل بيانات مشتركة في الشبكات المحلية. هذا المستوى هو الذي يضمن المشاركة الصحيحة للوسيط المشترك، ووضعه تحت تصرف محطة شبكة معينة وفقًا لخوارزمية معينة. بعد الوصول إلى الوسيط، يمكن استخدامه بواسطة الطبقة الفرعية التالية، التي تنظم النقل الموثوق لوحدات البيانات المنطقية - إطارات المعلومات. في الشبكات المحلية الحديثة، أصبحت العديد من البروتوكولات على مستوى MAC منتشرة على نطاق واسع، حيث تنفذ خوارزميات مختلفة للوصول إلى الوسيط المشترك. تحدد هذه البروتوكولات بشكل كامل تفاصيل تقنيات مثل Ethernet وToken Ring وFDDI و100VG-AnyLAN.

تعد طبقة LLC مسؤولة عن النقل الموثوق لإطارات البيانات بين العقد، كما أنها تنفذ وظائف الواجهة مع طبقة الشبكة المجاورة. بالنسبة لمستوى LLC، هناك أيضًا العديد من خيارات البروتوكول التي تختلف في وجود أو عدم وجود إجراءات لاستعادة الإطارات على هذا المستوى في حالة فقدانها أو تشويهها، أي تختلف في جودة خدمات النقل على هذا المستوى.

بروتوكولات طبقة MAC وLLC مستقلة بشكل متبادل - يمكن استخدام كل بروتوكول طبقة MAC مع أي نوع من بروتوكولات طبقة LLC والعكس صحيح.

يحتوي معيار IEEE 802 على عدة أقسام:

يوفر القسم 802.1 المفاهيم والتعريفات الأساسية التي الخصائص العامةومتطلبات الشبكات المحلية.

يحدد القسم 802.2 الطبقة الفرعية للتحكم في الارتباط المنطقي llc.

تحكم الأقسام 802.3 - 802.5 مواصفات بروتوكولات الطبقة الفرعية المختلفة للوصول إلى وسائط MAC وعلاقتها بطبقة LLC:

يصف معيار 802.3 الوصول المتعدد لاستشعار الناقل مع اكتشاف الاصطدام (CSMA/CD)، والنموذج الأولي له هو طريقة الوصول القياسية لشبكة Ethernet؛

يحدد معيار 802.4 طريقة الوصول إلى الناقل من خلال تمرير الرمز المميز (شبكة ناقل الرمز المميز)، النموذج الأولي - ArcNet؛

يصف معيار 802.5 طريقة الوصول إلى الحلقة من خلال تمرير رمزي (شبكة Token Ring)، والنموذج الأولي هو Token Ring.

لكل من هذه المعايير، يتم تحديد مواصفات الطبقة المادية التي تحدد وسيط نقل البيانات (الكبل المحوري، الزوج الملتوي أو كابل الألياف الضوئية)، ومعلماته، بالإضافة إلى طرق تشفير المعلومات للإرسال عبر هذه الوسيلة.

تستخدم جميع طرق الوصول بروتوكولات طبقة التحكم في الارتباط المنطقي LLC الموضحة في معيار 802.2.

تعتمد الطريقتان الموصوفتان على الإضافة فقط معلومات إضافيةإلى جداول العناوين الخاصة بالمحول ولا تستخدم القدرة على تضمين معلومات حول عضوية الإطار في شبكة افتراضية في الإطار المرسل. تستخدم طريقة تنظيم شبكات VLAN بناءً على العلامات حقولًا إضافية للإطار لتخزين معلومات حول ملكية الإطار أثناء تنقله بين محولات الشبكة.

يحدد معيار IEEE 802.1q التغييرات في بنية إطار Ethernet التي تسمح بنقل معلومات VLAN عبر الشبكة.

من وجهة نظر الراحة والمرونة في الإعدادات، فإن شبكة VLAN القائمة على التسمية هي كذلك أفضل حل، مقارنة بالنهج الموصوفة سابقًا. مزاياها الرئيسية:

· المرونة وسهولة التكوين والتغيير - يمكنك إنشاء مجموعات VLAN الضرورية داخل محول واحد وفي جميع أنحاء الشبكة بالكامل المبنية على محولات تدعم معيار 802.1q. تسمح إمكانية وضع العلامات بنشر شبكة VLAN عبر محولات متعددة متوافقة مع 802.1q عبر رابط فعلي واحد.

· يسمح لك بتفعيل خوارزمية Spanning Tree على كافة المنافذ والتشغيل في الوضع العادي. تبين أن بروتوكول Spanning Tree مفيد جدًا للاستخدام في الشبكات الكبيرة المبنية على عدة محولات، ويسمح للمحولات بتحديد التكوين الشبيه بالشجرة للاتصالات في الشبكة تلقائيًا عند توصيل المنافذ ببعضها البعض بشكل عشوائي. ل عملية عاديةيتطلب التبديل عدم وجود مسارات مغلقة في الشبكة. يمكن للمسؤول إنشاء هذه المسارات خصيصًا لإنشاء اتصالات احتياطية، أو يمكن أن تنشأ بشكل عشوائي، وهو أمر ممكن تمامًا إذا كانت الشبكة بها اتصالات عديدة وكان نظام الكابلات سيئ البنية أو موثقًا. باستخدام بروتوكول Spanning Tree، تقوم المحولات بحظر المسارات المتكررة بعد إنشاء رسم تخطيطي للشبكة، وبالتالي تمنع الحلقات تلقائيًا في الشبكة.

· إن قدرة شبكات VLAN 802.1q على إضافة واستخراج التسميات من رؤوس الحزم تسمح لشبكة VLAN بالعمل مع المحولات ومحولات شبكة الخادم ومحطة العمل التي لا تتعرف على التسميات.

· يمكن للأجهزة من مختلف الشركات المصنعة التي تدعم المعيار أن تعمل معًا، بغض النظر عن أي حل خاص.

· لا حاجة لاستخدام أجهزة التوجيه. لتوصيل الشبكات الفرعية على مستوى الشبكة، يكفي تضمين المنافذ الضرورية في العديد من شبكات VLAN، والتي ستوفر القدرة على تبادل حركة المرور. على سبيل المثال، لتنظيم الوصول إلى الخادم من شبكات VLAN مختلفة، يتعين عليك تضمين منفذ التبديل الذي يتصل به الخادم في جميع الشبكات الفرعية. القيد الوحيد هو أن محول الشبكة الخاص بالخادم يجب أن يدعم معيار IEEE 802.1q.

نظرًا لهذه الخصائص، يتم استخدام شبكات VLAN القائمة على العلامات عمليًا في كثير من الأحيان أكثر من الأنواع الأخرى من شبكات VLAN.

5.6. خوارزمية الشجرة الممتدة

إحدى الطرق المستخدمة لزيادة تحمل الخطأ شبكة الكمبيوتر، هذا بروتوكول الشجرة الممتدة (STP) - بروتوكول الشجرة الممتدة (IEEE 802.1d). تم تطويره منذ وقت طويل، في عام 1983، ولا يزال ذا صلة. في شبكات إيثرنت، تدعم المحولات الاتصالات الشبيهة بالشجرة فقط، على سبيل المثال. التي لا تحتوي على حلقات. وهذا يعني أن تنظيم القنوات البديلة يتطلب بروتوكولات وتقنيات خاصة تتجاوز البروتوكولات الأساسية، والتي تشمل الإيثرنت.

إذا تم إنشاء اتصالات متعددة بين المحولات لتوفير التكرار، فمن الممكن أن تحدث حلقات. تفترض الحلقة وجود مسارات متعددة عبر شبكات وسيطة، وتكون الشبكة ذات المسارات المتعددة بين المصدر والوجهة أكثر مرونة في مواجهة الاضطراب. على الرغم من أن وجود قنوات اتصال زائدة عن الحاجة أمر مفيد للغاية، إلا أن الحلقات مع ذلك تخلق مشكلات، وأكثرها إلحاحًا هي:

· بث العواصف- سيتم إرسال إطارات البث إلى أجل غير مسمى عبر الشبكات الحلقية، باستخدام كل عرض النطاق الترددي المتاح للشبكة وحظر إرسال الإطارات الأخرى على جميع المقاطع.

· نسخ متعددة من الإطارات- يمكن للمحول استقبال عدة نسخ من إطار واحد، تأتي في نفس الوقت من عدة أجزاء من الشبكة. في هذه الحالة، لن يتمكن جدول التبديل من تحديد موقع الجهاز لأن المحول سيستقبل الإطار على منافذ متعددة. قد يحدث أن المحول لن يتمكن من إعادة توجيه الإطار على الإطلاق، لأنه سيتم تحديث جدول التبديل باستمرار.

وقد تم تطوير بروتوكول الشجرة الممتدة لحل هذه المشاكل.

خوارزمية الشجرة الممتدة (STA)يسمح للمحولات بتحديد التكوين الشبيه بالشجرة للاتصالات في الشبكة تلقائيًا عند توصيل المنافذ ببعضها البعض بشكل تعسفي.

تقوم المحولات التي تدعم بروتوكول STP تلقائيًا بإنشاء تكوين يشبه الشجرة للاتصالات بدون حلقات في شبكة الكمبيوتر. يُسمى هذا التكوين بالشجرة الممتدة (وتسمى أحيانًا بالشجرة الممتدة). يتم إنشاء تكوين الشجرة الممتدة تلقائيًا بواسطة المحولات التي تستخدم تبادل حزم الخدمة.

يتم حساب الشجرة الممتدة عند تشغيل المفتاح وعندما تتغير البنية. تتطلب هذه الحسابات تبادلًا دوريًا للمعلومات بين محولات الشجرة الممتدة، وهو ما يتم تحقيقه باستخدام حزم خاصة تسمى وحدات بيانات بروتوكول الجسر (BPDU).

تحتوي حزم BPDU على المعلومات الأساسية اللازمة لإنشاء طوبولوجيا شبكة خالية من الحلقات:

معرف التبديل الذي تم تحديد المفتاح الجذري بناءً عليه

المسافة من مفتاح المصدر إلى مفتاح الجذر (تكلفة مسار الجذر)

معرف المنفذ

يتم وضع حزم BPDU في حقل البيانات الخاص بإطارات طبقة الارتباط، مثل إطارات Ethernet. تقوم المحولات بتبادل وحدات BPDU على فترات منتظمة (عادةً 1-4 ثوانٍ). في حالة فشل المحول (مما يؤدي إلى تغيير في الهيكل)، تبدأ المحولات المجاورة في إعادة حساب الشجرة الممتدة إذا لم تستقبل BPDU خلال فترة زمنية محددة.

تدعم المحولات الحديثة أيضًا Rapid STP (IEEE 802.1w)، الذي يتميز بوقت تقارب أفضل من STP (أقل من ثانية واحدة). 802.1w متوافق مع 802.1d.

مقارنة بين بروتوكولات STP 802.1d وRSTP 802.1w.

5.7. تجميع المنافذ وإنشاء العمود الفقري للشبكة عالية السرعة

توصيل الموانئ- هذا هو مزيج من عدة قنوات فعلية (تجميع الارتباطات) في عمود فقري منطقي واحد. يتم استخدامه لدمج عدة منافذ مادية معًا لتشكيل قناة نقل بيانات عالية السرعة وتسمح بالاستخدام النشط للاتصالات البديلة الزائدة عن الحاجة في الشبكات المحلية.

على عكس بروتوكول STP (الشجرة الممتدة)، عند تجميع الروابط المادية، تظل جميع الروابط المتكررة قيد التشغيل، ويتم توزيع حركة المرور الحالية بينها لتحقيق توازن التحميل. إذا فشل أحد الخطوط المضمنة في هذه القناة المنطقية، يتم توزيع حركة المرور بين الخطوط المتبقية.

تسمى المنافذ المضمنة في القناة المجمعة أعضاء المجموعة. يعمل أحد المنافذ الموجودة في المجموعة كمنفذ "ربط". نظرًا لأنه يجب تكوين جميع أعضاء المجموعة الموجودين على رابط مجمع للعمل في نفس الوضع، فإن أي تغييرات تكوين يتم إجراؤها على منفذ الربط تنطبق على جميع أعضاء المجموعة. وبالتالي، لتكوين المنافذ في مجموعة، ما عليك سوى تكوين منفذ "الربط".

نقطة مهمةعند تنفيذ دمج المنافذ في قناة مجمعة، يتم توزيع حركة المرور عليها. إذا تم إرسال الحزم من نفس الجلسة على منافذ مختلفة للقناة المجمعة، فقد تنشأ مشكلة عند مستوى أعلى من بروتوكول OSI. على سبيل المثال، إذا تم إرسال إطارين متجاورين أو أكثر لجلسة واحدة عبر منافذ مختلفة لقناة مجمعة، فنظرًا للطول غير المتساوي لقوائم الانتظار في مخازنها المؤقتة، قد ينشأ موقف عندما، بسبب التأخير غير المتساوي في إرسال الإطار، سوف يتفوق الإطار الأخير على سابقه. لذلك، تستخدم معظم تطبيقات آليات التجميع أساليب التوزيع الثابت بدلاً من التوزيع الديناميكي للإطارات عبر المنافذ، أي. تعيين دفق من الإطارات لجلسة محددة بين عقدتين إلى منفذ معين للقناة المجمعة. في هذه الحالة، ستمر جميع الإطارات عبر نفس قائمة الانتظار ولن يتغير تسلسلها. عادة، مع التخصيص الثابت، يتم تحديد المنفذ لجلسة معينة بناءً على خوارزمية تجميع المنفذ المحددة، أي. بناءً على بعض خصائص الحزم الواردة. اعتمادًا على المعلومات المستخدمة لتحديد الجلسة، هناك 6 خوارزميات لتجميع المنافذ:

1. عنوان MAC المصدر؛

2. عنوان MAC الوجهة؛

3. عنوان MAC للمصدر والوجهة؛

4. عنوان IP المصدر؛

5. عنوان IP الوجهة؛

6. عنوان IP المصدر والوجهة.

يمكن تنظيم خطوط الاتصال المجمعة باستخدام أي محول آخر يدعم تدفق البيانات من نقطة إلى نقطة عبر منفذ قناة مجمع واحد.

يجب اعتبار تجميع الارتباط أحد خيارات تكوين الشبكة المستخدمة بشكل أساسي لاتصالات خادم التبديل إلى التبديل أو التبديل إلى ملف التي تتطلب معدلات نقل أعلى مما يمكن أن يوفره رابط واحد. يمكن أيضًا استخدام هذه الوظيفة لتحسين موثوقية الخطوط المهمة. في حالة فشل خط الاتصال، تتم إعادة تكوين القناة المدمجة بسرعة (في ما لا يزيد عن ثانية واحدة)، ويكون خطر الازدواجية وإعادة ترتيب الإطارات ضئيلًا.

برمجةتدعم المحولات الحديثة نوعين من تجميع الارتباطات: ثابت وديناميكي. باستخدام تجميع الارتباط الثابت، يتم تنفيذ كافة الإعدادات على المحولات يدويًا. يعتمد تجميع الارتباط الديناميكي على مواصفات IEEE 802.3ad، التي تستخدم بروتوكول التحكم في تجميع الارتباط (LACP) للتحقق من تكوين الارتباط وتوجيه الحزم إلى كل رابط فعلي. بالإضافة إلى ذلك، يصف بروتوكول LACP آلية لإضافة وإزالة القنوات من خط اتصال واحد. للقيام بذلك، عند تكوين قناة اتصال مجمعة على المحولات، يجب تكوين المنافذ المقابلة لأحد المحولات على أنها "نشطة" والمحول الآخر على أنها "سلبية". تقوم منافذ LACP "النشيطة" بمعالجة إطارات التحكم الخاصة بها وتوجيهها. يتيح ذلك للأجهزة التي تدعم LACP الموافقة على إعدادات الارتباط المجمعة وتكون قادرة على تغيير مجموعة المنافذ ديناميكيًا، على سبيل المثال. إضافة أو استبعاد المنافذ منه. لا تقوم المنافذ "الخاملة" بمعالجة إطارات التحكم LACP.

ينطبق معيار IEEE 802.3ad على جميع أنواع قنوات إيثرنت، وبمساعدته يمكنك إنشاء خطوط اتصال متعددة الجيجابت تتكون من عدة قنوات جيجابت إيثرنت.

5.8. ضمان جودة الخدمة (QoS)

معالجة إطارات الأولوية (802.1r)

يتيح لك إنشاء شبكات تعتمد على المحولات استخدام تحديد أولويات حركة المرور، والقيام بذلك بغض النظر عن تقنية الشبكة. هذه الإمكانية هي نتيجة للتبديل المؤقت للإطارات قبل إرسالها إلى منفذ آخر.

لا يحتفظ المحول عادةً بقائمة انتظار واحدة، بل يحتفظ بعدة قوائم انتظار لكل منفذ إدخال وإخراج، ولكل قائمة انتظار أولوية المعالجة الخاصة بها. في هذه الحالة، يمكن تكوين المحول، على سبيل المثال، لإرسال حزمة واحدة ذات أولوية منخفضة لكل 10 حزم ذات أولوية عالية.

يمكن أن يكون دعم معالجة الأولوية مفيدًا بشكل خاص للتطبيقات التي لها متطلبات مختلفة لتأخيرات الإطارات المقبولة و عرض النطاقشبكات لتدفق الإطار.

يمكن تصنيف قدرة الشبكة على توفير مستويات مختلفة من الخدمة التي تتطلبها تطبيقات الشبكة المختلفة إلى ثلاث فئات مختلفة:

· تسليم البيانات غير المضمونة (خدمة أفضل جهد). ضمان اتصال عقد الشبكة دون ضمان الوقت وحقيقة تسليم الحزم إلى الوجهة. في الواقع، لا يعد التسليم غير المضمون جزءًا من جودة الخدمة، نظرًا لعدم وجود ضمان لجودة الخدمة ولا ضمان لتسليم الحزم.

· خدمة متميزة. تتضمن الخدمة المتمايزة تقسيم حركة المرور إلى فئات بناءً على متطلبات جودة الخدمة. يتم تمييز كل فئة من فئات حركة المرور ومعالجتها بواسطة الشبكة وفقًا لآليات جودة الخدمة المحددة لهذه الفئة (معالجة أسرع، ومتوسط ​​عرض النطاق الترددي الأعلى، وانخفاض مستوى متوسطخسائر). غالبًا ما يُطلق على نظام جودة الخدمة هذا اسم نظام CoS (فئة الخدمة). الخدمة المتميزة في حد ذاتها لا تعني ضمانات للخدمات المقدمة. وفقا لهذا المخطط، يتم توزيع حركة المرور إلى فئات، لكل منها أولوية خاصة بها. هذا النوع من الخدمة مناسب للاستخدام في الشبكات ذات حركة المرور الكثيفة. في هذه الحالة، من المهم التأكد من فصل حركة المرور الإدارية للشبكة عن كل شيء آخر وتعيينها كأولوية، مما يسمح لك بالثقة في اتصال عقد الشبكة في أي وقت.

· خدمة مضمونة. تتضمن الخدمة المضمونة حجز موارد الشبكة لتلبية متطلبات الخدمة المحددة لتدفقات حركة المرور. وفقًا للخدمة المضمونة، يتم حجز موارد الشبكة مسبقًا على طول مسار حركة المرور بالكامل. على سبيل المثال، يتم استخدام مثل هذه المخططات في تقنيات شبكة المنطقة الواسعة لترحيل الإطارات وATM أو في بروتوكول RSVP لشبكات TCP/IP. ومع ذلك، لا توجد مثل هذه البروتوكولات الخاصة بالمحولات، لذا لا يمكنها حتى الآن تقديم ضمانات لجودة الخدمة.

المشكلة الرئيسية عند معالجة الأولوية للإطارات بواسطة المحولات هي مسألة تعيين الأولوية للإطار. نظرًا لأن ليس كل بروتوكولات طبقة الارتباط تدعم مجال أولوية الإطار، على سبيل المثال لا تحتوي إطارات Ethernet على حقل واحد، فيجب أن يستخدم المحول بعض الآليات الإضافية لربط الإطار بأولويته. الطريقة الأكثر شيوعًا هي إعطاء الأولوية لتبديل المنافذ. باستخدام هذه الطريقة، يضع المحول الإطار في قائمة انتظار الإطارات ذات الأولوية المناسبة اعتمادًا على المنفذ الذي دخل الإطار إلى المحول من خلاله. الطريقة بسيطة، ولكنها ليست مرنة بدرجة كافية - إذا لم تكن عقدة فردية، ولكن كان هناك مقطع متصل بمنفذ التبديل، فإن جميع العقد في المقطع تتلقى نفس الأولوية.

الأكثر مرونة هو تعيين الأولويات للإطارات وفقًا لمعيار IEEE 802.1p. تم تطوير هذا المعيار بالتزامن مع معيار 802.1q. يوفر كلا المعيارين رأسًا إضافيًا مشتركًا لإطارات Ethernet، يتكون من بايتين. في هذه الرأسية الإضافية، التي يتم إدراجها قبل حقل بيانات الإطار، يتم استخدام 3 بتات للإشارة إلى أولوية الإطار. يوجد بروتوكول يمكن من خلاله لعقدة النهاية أن تطلب أحد مستويات أولوية الإطار الثمانية من المحول. إذا كان محول الشبكة لا يدعم 802.1p، فيمكن للمحول تحديد أولوية الإطارات بناءً على منفذ وصول الإطار. سيتم تقديم هذه الإطارات المميزة وفقًا لأولويتها بواسطة جميع المحولات الموجودة على الشبكة، وليس فقط المحول الذي استقبل الإطار مباشرة من العقدة النهائية. عند إرسال إطار إلى محول شبكة لا يدعم معيار 802.1p، يجب إزالة الرأس الإضافي.

توفر المحولات خدمة متميزة، لذا يعد تحديد الحزم أمرًا ضروريًا، مما سيسمح بتعيينها إلى فئة حركة مرور CoS المناسبة، والتي تتضمن عادةً حزمًا من تدفقات مختلفة. يتم تنفيذ المهمة المذكورة عن طريق التصنيف.

تصنيف الحزمةهي وسيلة تسمح لك بتعيين حزمة لفئة مرور معينة اعتمادًا على قيم حقل واحد أو أكثر من حقول الحزمة.

استخدام المفاتيح المُدارة طرق مختلفةتصنيفات الحزمة. فيما يلي المعلمات التي يتم تحديد الحزمة بناءً عليها:

· 802.1p فئة الأولوية.

· حقول بايت TOS الموجودة في رأس حزمة IP وحقل رمز الخدمة المتميزة (DSCP)؛

· الوجهة وعنوان المصدر لحزمة IP.

· أرقام منافذ TCP/UDP.

نظرًا لأنه يجب معالجة الحزم ذات الأولوية العالية قبل الحزم ذات الأولوية المنخفضة، تدعم المحولات قوائم انتظار متعددة ذات أولوية CoS. يمكن وضع الإطارات، حسب أولويتها، في قوائم انتظار مختلفة. يمكن استخدام آليات الخدمة المختلفة لمعالجة قوائم الانتظار ذات الأولوية:

· قائمة الانتظار الصارمة ذات الأولوية (SPQ)؛

· الخوارزمية الدورية الموزونة (Weighted Round Robin, WRR).

في الحالة الأولى (خوارزمية SPQ)، يبدأ إرسال الحزم الموجودة في قائمة انتظار الأولوية العليا أولاً. في هذه الحالة، حتى تصبح قائمة الانتظار ذات الأولوية الأعلى فارغة، لن يتم إرسال الحزم من قوائم الانتظار ذات الأولوية المنخفضة. الخوارزمية الثانية (WRR) تلغي هذا القيد وتزيل أيضًا نقص النطاق الترددي لقوائم الانتظار ذات الأولوية المنخفضة. في هذه الحالة، يتم منح كل قائمة انتظار ذات أولوية الحد الأقصى لعدد الحزم التي يمكن إرسالها في وقت واحد والحد الأقصى لوقت الانتظار الذي يمكن لقائمة الانتظار بعده إرسال الحزم مرة أخرى. نطاق الحزم المرسلة: من 0 إلى 255. نطاق وقت الاستيقاظ: من 0 إلى 255.

5.9. تقييد الوصول إلى الشبكة

عند استخدام شبكات VLAN القائمة على المنفذ، يتم تعيين كل منفذ لشبكة VLAN محددة، بغض النظر عن المستخدم أو الكمبيوتر المتصل بهذا المنفذ. وهذا يعني أن جميع المستخدمين المتصلين بهذا المنفذ سيكونون أعضاء في نفس شبكة VLAN.

تكوين المنفذ ثابت ولا يمكن تغييره إلا يدويًا.

شبكة محلية ظاهرية (VLAN) قائمة على المنفذ.

شبكة محلية ظاهرية تعتمد على عناوين ماك.

تستخدم الطريقة التالية لإنشاء شبكات افتراضية تجميع عناوين MAC. إذا كان هناك عدد كبير من العقد على الشبكة، فإن هذه الطريقة تتطلب عددًا كبيرًا من العمليات اليدوية من المسؤول.

شبكة محلية ظاهرية (VLAN) تعتمد على عناوين MAC.

شبكة محلية ظاهرية قائمة على الملصقات – معيار 802.1q.

تعتمد الطريقتان الأوليان فقط على إضافة معلومات إضافية إلى جداول عناوين الجسر ولا تستخدم إمكانية تضمين معلومات حول عضوية الإطار في شبكة افتراضية في الإطار المرسل. طريقة تنظيم VLAN القائمة على التسمية – العلامات، يستخدم حقول إطار إضافية لتخزين معلومات ملكية الإطار أثناء انتقاله بين محولات الشبكة. تتم إضافة علامة 4 بايت إلى إطار Ethernet:

تشتمل علامة الإطار المضافة على حقل TPID (معرف بروتوكول العلامة) ثنائي البايت وحقل TCI (معلومات التحكم في العلامة) ثنائي البايت. تحدد أول بايتتين بقيمة ثابتة تبلغ 0x8100 أن الإطار يحتوي على علامة بروتوكول 802.1q/802.1p. يتكون حقل TCI من حقول الأولوية وCFI وVID. يحدد حقل الأولوية 3 بت ثمانية مستويات أولوية ممكنة للإطار. حقل VID (معرف VLAN) ذو 12 بت هو معرف الشبكة الافتراضية. تتيح لك هذه البتات الـ 12 تحديد 4096 شبكة افتراضية مختلفة، ولكن المعرفين 0 و4095 محجوزان للاستخدام الخاص، لذا يمكن تعريف إجمالي 4094 شبكة افتراضية في معيار 802.1Q. حقل CFI (مؤشر التنسيق الكنسي)، بطول 1 بت، محجوز للإشارة إلى إطارات أنواع أخرى من الشبكات (Token Ring، FDDI)؛ بالنسبة لإطارات Ethernet يكون 0.

بعد استلام الإطار من خلال منفذ الإدخال الخاص بالمحول، يتم اتخاذ القرار بشأن معالجته الإضافية بناءً على قواعد منفذ الإدخال (قواعد الدخول). الخيارات التالية ممكنة:

تلقي الإطارات ذات العلامات فقط؛

يتلقى الإطارات من النوع Untagged فقط؛

بشكل افتراضي، تقبل كافة رموز التبديل كلا النوعين من الإطارات.

بعد معالجة الإطار، يتم اتخاذ قرار بإرساله إلى منفذ الإخراج بناءً على قواعد محددة مسبقًا لإعادة توجيه الإطار. تتمثل قاعدة إعادة توجيه الإطارات داخل المحول في أنه لا يمكن إعادة توجيهها إلا بين المنافذ المرتبطة بنفس الشبكة الافتراضية.

1000 قاعدة إيثرنت

يستخدم 1000Base Ethernet أو Gigabit Ethernet، مثل Fast Ethernet، نفس تنسيق الإطار وطريقة الوصول CSMA/CD والطوبولوجيا النجمية والطبقة الفرعية للتحكم في الارتباط (LLC) مثل IEEE 802.3 و10Base-T Ethernet. يكمن الاختلاف الأساسي بين التقنيات مرة أخرى في تنفيذ الطبقة المادية لـ EMVOS - تنفيذ أجهزة PHY. تم استخدام تطويرات IEEE 802.3 وANSI X3T11 للقنوات الليفية لتنفيذ أجهزة إرسال واستقبال PHY متصلة بالألياف. في عام 1998، تم نشر معيار 802.3z للألياف الضوئية و802.3ab للكابلات المزدوجة الملتوية.

إذا كانت الاختلافات بين إيثرنت و إيثرنت سريعتكون ضئيلة ولا تؤثر على طبقة MAC، فعند تطوير معيار Gigabit Ethernet 1000Base-T، كان على المطورين ليس فقط إجراء تغييرات على الطبقة المادية، ولكن أيضًا التأثير على طبقة MAC الفرعية.

تستخدم الطبقة المادية لشبكة Gigabit Ethernet العديد من الواجهات، بما في ذلك كابل الزوج الملتوي التقليدي من الفئة 5 بالإضافة إلى الألياف متعددة الأوضاع وأحادية الوضع. تم تحديد إجمالي 4 أنواع مختلفة من الواجهات المادية، والتي تنعكس في المواصفات القياسية 802.3z (1000Base-X) و802.3ab (1000Base-T).

المسافات المدعومة لمعايير 1000Base-X مبينة في الجدول أدناه.

معيار	نوع الألياف	المسافة القصوى*، م
(ديود ليزر 1300 نانومتر)	ألياف أحادية الوضع (9 ميكرومتر)
	ألياف متعددة الأوضاع (50 ميكرومتر)***
معيار	نوع الزوج الملتوي/الألياف	المسافة القصوى*، م
(ليزر ديود 850 نانومتر)	ألياف متعددة الأوضاع (50 ميكرومتر)
	ألياف متعددة الأوضاع (62.5 ميكرومتر)
	ألياف متعددة الأوضاع (62.5 ميكرومتر)
	زوج ملتوي محمي: STP

يمكن أن تكون خصائص أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية أعلى بكثير من تلك الموضحة في الجدول. على سبيل المثال، تنتج NBase محولات بمنافذ Gigabit Ethernet التي توفر النقل عبر مسافات تصل إلى 40 كيلومترًا عبر ألياف أحادية الوضع دون مرحلات (باستخدام ليزر DFB ضيق الطيف يعمل بطول موجة يبلغ 1550 نانومتر).

واجهة 1000Base-T

1000Base-T هو واجهة قياسيةنقل جيجابت إيثرنت عبر كابل زوج ملتوي غير محمي من الفئة 5e وأعلى على مسافات تصل إلى 100 متر. يتم استخدام جميع أزواج الكابلات النحاسية الأربعة للإرسال، وتبلغ سرعة الإرسال عبر زوج واحد 250 ميجابت/ثانية.

طبقة MAC الفرعية

تستخدم الطبقة الفرعية Gigabit Ethernet MAC نفس طريقة الوصول إلى وسائط CSMA/CD مثل سابقاتها Ethernet وFast Ethernet. يتم تحديد القيود الرئيسية على الحد الأقصى لطول المقطع (أو مجال التصادم) بواسطة هذا البروتوكول.

كانت إحدى المشكلات في تنفيذ سرعة 1 جيجابت/ثانية هي ضمان قطر شبكة مقبول عند التشغيل نصف المزدوجةوضع التشغيل. كما تعلم، الحد الأدنى لحجم الإطار في شبكات Ethernet وFast Ethernet هو 64 بايت. ومع معدل نقل يبلغ 1 جيجابت/ثانية وحجم إطار يبلغ 64 بايت، من أجل الكشف الموثوق عن الاصطدام، من الضروري ألا تزيد المسافة بين جهازي الكمبيوتر البعيدين عن 25 مترًا. دعونا نتذكر أن اكتشاف الاصطدام الناجح يكون ممكنًا إذا كان وقت إرسال الإطار ذي الحد الأدنى للطول أكبر من ضعف وقت انتشار الإشارة بين العقدتين الأبعد في الشبكة. لذلك، لضمان أقصى قطر للشبكة يبلغ 200 متر (كابلان بطول 100 متر ومفتاح)، تمت زيادة الحد الأدنى لطول الإطار في معيار Gigabit Ethernet إلى 512 بايت. لزيادة طول الإطار إلى القيمة المطلوبة، يقوم محول الشبكة بتوسيع حقل البيانات إلى طول 448 بايت باستخدام ما يسمى بامتداد الناقل. حقل الامتداد هو حقل مملوء بأحرف محظورة لا يمكن الخلط بينها وبين رموز البيانات. في هذه الحالة المجال المجموع الاختبارييتم حسابه فقط للإطار الأصلي ولا ينطبق على حقل الامتداد. عند استلام إطار، يتم تجاهل حقل الامتداد. لذلك، فإن طبقة LLC لا تعرف حتى بوجود مجال الامتداد. إذا كان حجم الإطار يساوي أو أكبر من 512 بايت، فلا يوجد حقل امتداد للوسائط.

إطار جيجابت إيثرنت مع مجال تمديد الوسائط

2.1.3 هيكل الإطار 802.1Q

تحدد مواصفات 802.1 Q 12 تنسيقًا ممكنًا لتغليف مجال الامتداد في إطارات طبقة MAC. يتم تعريف هذه التنسيقات بناءً على ثلاثة أنواع من الإطارات (Ethernet II، LLC في التنسيق العادي، LLC في تنسيق Token Ring)، ونوعين من الشبكات (802.3/Ethernet أو Token Ring/FDDI)، ونوعين من علامات VLAN (ضمنية أو ضمنية). صريح). توجد أيضًا قواعد معينة لترجمة إطارات Ethernet أو Token Ring المصدر إلى إطارات ذات علامات وترجمة الإطارات ذات العلامات مرة أخرى إلى الإطارات الأصلية.

استبدل حقل معرف بروتوكول العلامة (TPI) حقل EtherType لإطار Ethernet، والذي حدث بعد حقل علامة VLAN ثنائي البايت.

يحتوي حقل علامة VLAN على ثلاثة حقول فرعية.

تم تصميم الحقل الفرعي "الأولوية" لتخزين ثلاث بتات ذات أولوية للإطار، مما يسمح بتحديد ما يصل إلى 8 مستويات أولوية. تشير علامة TR-Encapsulation ذات البت الواحد إلى ما إذا كانت البيانات التي يحملها الإطار تحتوي على إطار تنسيق IEEE 802.5 مغلف (العلامة هي 1) أو تتوافق مع نوع الإطار الخارجي (العلامة هي 0).

باستخدام هذه الميزة، يمكنك تمرير حركة المرور من شبكات Token Ring إلى شبكات Ethernet الأساسية المحولة.

يعرّف معرف VLAN (VID) ذو 12 بت بشكل فريد شبكة VLAN التي ينتمي إليها الإطار.

أكبر مقاسيزداد إطار Ethernet عند تطبيق مواصفات IEEE 802.1 Q من 4 بايت - من 1518 بايت إلى 1522 بايت.

الشكل 2.1.3 هيكل إطار Ethernet مع مجال IEEE 802.1 Q

2.1.4 ضمان جودة الخدمة في الشبكات القائمة على التبديل.

يمكن لمحولات الطبقة الثانية والثالثة إعادة توجيه الحزم بسرعة كبيرة، ولكن هذه ليست الميزة الوحيدة لمعدات الشبكات المطلوبة لإنشاء شبكة حديثة.

تحتاج الشبكة إلى الإدارة، وأحد جوانب الإدارة هو ضمان جودة الخدمة المطلوبة (QoS).

يمنح دعم جودة الخدمة (QoS) المسؤول القدرة على التنبؤ بسلوك الشبكة والتحكم فيه من خلال تحديد أولويات التطبيقات والشبكات الفرعية ونقاط النهاية، أو تزويدها بإنتاجية مضمونة.

هناك طريقتان رئيسيتان للحفاظ على جودة الخدمة. هذا هو الحجز المسبق للموارد والخدمة التفضيلية لفئات حركة المرور المجمعة. وجدت الطريقة الأخيرة تطبيقها الرئيسي في المستوى الثاني. تعمل محولات المستوى الثاني لفترة طويلة على عدد كبير من مخططات خدمة الأولوية الخاصة، وتقسيم كل حركة المرور إلى 2-3-4 فئات وخدمة هذه الفئات بطريقة مختلفة.

اليوم، قامت مجموعة عمل IEEE 802.1 بتطوير معايير 802.1 p/Q (التي سميت فيما بعد بـ 802.1D-1998)، والتي تنظم مخططات تحديد أولويات حركة المرور وطريقة نقل البيانات المتعلقة بفئات حركة المرور في إطارات الشبكة المحلية. تتوافق أفكار تحديد أولويات حركة المرور المضمنة في معايير 802.1 p/Q إلى حد كبير مع مخطط خدمات IP المتميزة الذي تمت مناقشته في هذا الفصل. يوفر نظام جودة الخدمة المعتمد على معايير 802.1 p/Q

القدرة على تعيين فئة الخدمة (الأولوية) من خلال العقدة النهائية عن طريق وضع معرف الشبكة الافتراضية VID في الإطار القياسي 802، الذي يحتوي على ثلاث بتات من مستوى الأولوية، ومن خلال تصنيف حركة المرور عن طريق المحولات بناءً على مجموعة معينة من الخصائص . قد تختلف جودة الخدمة أيضًا بين شبكات VLAN المختلفة. في هذه الحالة، يلعب حقل الأولوية دور تمييز المستوى الثاني ضمن التدفقات المختلفة لكل شبكة افتراضية.

يتم تسليم حركة المرور العادية من "الحد الأقصى. جهود"

حركة المرور الحساسة لوقت الاستجابة

الشكل 2.1.4 فئات الخدمة داخل الشبكات الافتراضية.

إن التفسير الدقيق لاحتياجات كل فئة من فئات حركة المرور، الموسومة بقيمة الأولوية وربما رقم الشبكة الافتراضية، يُترك، كما هو الحال مع خدمات IP المتميزة، لتقدير مسؤول الشبكة. بشكل عام، من المفترض أن يحتوي المحول على قواعد سياسة يتم بموجبها خدمة كل فئة من حركة المرور، أي وجود ملف تعريف حركة المرور.

عادةً ما تقوم الشركات المصنعة للمحولات ببناء أساليب تصنيف حركة مرور أوسع في أجهزتها من تلك التي يوفرها معيار 802.1 p/Q. يمكن تمييز فئات حركة المرور عن طريق عناوين MAC، والمنافذ الفعلية، وتسميات 802.1 p/Q، وفي محولات الطبقة 3 و4، وعن طريق عناوين IP وأرقام منافذ TCP/UDP المعروفة.

بمجرد وصول الحزمة إلى المحول، تتم مقارنة قيم الحقول الخاصة بها مع السمات الموجودة في القواعد المخصصة لمجموعات المرور ثم يتم وضعها في قائمة الانتظار المناسبة. يمكن للقواعد المرتبطة بكل قائمة انتظار أن تضمن للحزم قدرًا معينًا من الإنتاجية والأولوية، مما يؤثر على مقدار زمن وصول الحزمة. يسمح تصنيف حركة المرور للمحول وتضمين المعلومات حول جودة الخدمة المطلوبة في الحزم للمسؤولين بتعيين سياسة جودة الخدمة طوال الوقت شبكة الشركة. توجد الطرق التالية لتصنيف حركة المرور:

على أساس المنافذ. عند تعيين الأولويات لمنافذ الإدخال الفردية، يتم استخدام تسميات أولوية 802.1 p/Q لنشر جودة الخدمة المطلوبة عبر الشبكة المحولة.

بناءً على علامات VLAN. هذه طريقة بسيطة إلى حد ما وعامة جدًا للحفاظ على جودة الخدمة. من خلال تعيين ملف تعريف جودة الخدمة لشبكات VLAN، يمكنك بسهولة إدارة التدفقات عندما يتم دمجها في العمود الفقري.

بناء على أرقام الشبكة. يمكن للشبكات الافتراضية المستندة إلى البروتوكول استخدام ملفات تعريف جودة الخدمة (QoS) للارتباط بشبكات فرعية IP وIPX وApple Talk محددة. وهذا يجعل من السهل فصل مجموعة معينة من المستخدمين وتزويدهم بجودة الخدمة المطلوبة.

عن طريق التطبيق (منافذ TCP/UDP). يتيح لك تحديد فئات التطبيقات التي يتم توفيرها بعد ذلك مع خدمة متميزة بغض النظر عن عناوين العقد النهائية والمستخدمين.

أحد الشروط الضرورية لدعم جودة الخدمة بناءً على أرقام الشبكة هو القدرة على عرض الحزم في المستوى الثالث، ويتطلب التمييز حسب التطبيق عرض الحزم في المستوى الرابع.

الشكل 2.1.5 خدمة فئات مختلفة من حركة المرور.

بمجرد تقسيم حركة المرور إلى فئات، يمكن للمحولات أن توفر لكل فئة الحد الأدنى والحد الأقصى من الإنتاجية المضمونة، بالإضافة إلى الأولوية التي تحدد كيفية معالجة قائمة الانتظار عندما يكون هناك نطاق ترددي مجاني للمحول. يوضح الشكل مثالاً لخدمة أربع فئات من حركة المرور. يتم تخصيص حد أدنى معين من عرض النطاق الترددي لكل منها، ويتم أيضًا تخصيص الحد الأقصى لحركة المرور ذات الأولوية العالية، بحيث لا يمكن لهذه الفئة من حركة المرور قمع حركة المرور ذات الأولوية المنخفضة تمامًا.