Principalele caracteristici ale comutatoarelor. Caracteristicile tehnice ale comutatoarelor. Schimbă teste

Parametrii tehnici ai comutatoarelor.

Principalii parametri tehnici care pot fi utilizați pentru a evalua un comutator construit folosind orice arhitectură sunt viteza de filtrare și viteza de redirecționare.

Viteza de filtrare determină numărul de cadre pe secundă cu care comutatorul reușește să efectueze următoarele operații:

primirea cadrului în buffer-ul tău;
găsirea portului pentru adresa de destinație a cadrului în tabelul de adrese;
distrugerea cadrelor (portul de destinație este același cu portul sursă).

Viteza de avansare, prin analogie cu paragraful anterior, determină numărul de cadre pe secundă care pot fi procesate folosind următorul algoritm:

primirea cadrului în buffer-ul tău,
găsirea portului pentru adresa de destinație a cadrului;
transmiterea cadrului către rețea prin portul de destinație găsit (folosind tabelul de potrivire a adreselor).

În mod implicit, acești indicatori sunt considerați a fi măsurați pe protocolul Ethernet pentru cadre de dimensiune minimă (64 de octeți lungime). Deoarece analiza antetului ocupă cea mai mare parte a timpului, cu cât cadrele transmise sunt mai scurte, cu atât sarcina pe care o creează pe procesor și pe magistrala de comutare este mai serioasă.

Următorii parametri tehnici cei mai importanți ai comutatorului vor fi:

debit;
întârzierea transmisiei cadrului.
dimensiunea tabelului intern de adrese.
dimensiunea cadru tampon(e);
performanța comutatorului;

Lățimea de bandă măsurată prin cantitatea de date transmise prin porturi pe unitatea de timp. Desigur, cu cât cadrul este mai lung (la un antet sunt atașate mai multe date), cu atât debitul trebuie să fie mai mare. Deci, cu o viteză tipică „pașaport” de 14880 de cadre pe secundă pentru astfel de dispozitive, debitul va fi de 5,48 Mb/s pe pachete de 64 de octeți, iar limitarea ratei de transfer de date va fi impusă de comutator.

În același timp, la transmiterea cadrelor de lungime maximă (1500 de octeți), viteza de redirecționare va fi de 812 cadre pe secundă, iar debitul va fi de 9,74 Mb/s. De fapt, limita de transfer de date va fi determinată de viteza protocolului Ethernet.

Întârzierea transmisiei cadruluiînseamnă timpul care a trecut din momentul în care cadrul a început înregistrarea în tamponul portului de intrare al comutatorului până când a apărut pe portul său de ieșire. Putem spune că acesta este timpul necesar pentru a avansa un singur cadru (buffering, căutare în tabel, deciderea dacă se filtrează sau redirecționează și accesarea mediului portului de ieșire).

Cantitatea de întârziere depinde foarte mult de modul în care sunt promovate cadrele. Dacă se utilizează metoda de comutare din mers, întârzierile sunt mici și variază de la 10 µs la 40 µs, în timp ce cu tamponare completă - de la 50 µs la 200 µs (în funcție de lungimea cadrului).

Dacă comutatorul (sau chiar unul dintre porturile sale) este încărcat puternic, se dovedește că, chiar și cu comutarea din mers, majoritatea cadrelor de intrare sunt forțate să fie stocate în tampon. Prin urmare, cele mai complexe și costisitoare modele au capacitatea de a schimba automat mecanismul de funcționare a comutatorului (adaptare) în funcție de sarcina și natura traficului.

Dimensiunea tabelului de adrese (tabel CAM). Definește numărul maxim de adrese MAC care sunt conținute în tabelul de mapare a portului și adreselor MAC. În documentația tehnică, de obicei este dat pe port ca număr de adrese, dar uneori se întâmplă ca dimensiunea memoriei pentru tabel să fie indicată în kiloocteți (o intrare ocupă cel puțin 8 kB, iar „înlocuirea” numărului este foarte profitabilă pentru un producător fără scrupule).

Pentru fiecare port, tabelul de corespondență CAM poate fi diferit, iar când este plin, cea mai veche intrare este ștearsă și cea nouă este adăugată la tabel. Prin urmare, dacă numărul de adrese este depășit, rețeaua poate continua să funcționeze, dar, în același timp, funcționarea comutatorului în sine va încetini foarte mult, iar segmentele conectate la acesta vor fi încărcate cu trafic în exces.

Anterior, existau modele (de exemplu, 3com SuperStack II 1000 Desktop) în care dimensiunea tabelului permitea stocarea uneia sau mai multor adrese, motiv pentru care trebuia să fii foarte atent la designul rețelei. Cu toate acestea, acum chiar și cele mai ieftine switch-uri desktop au un tabel de 2-3K adrese (iar comutatoarele backbone au chiar mai multe), iar acest parametru a încetat să mai fie un blocaj al tehnologiei.

Volumul tamponului. Switch-ul are nevoie de el pentru a stoca temporar cadre de date în cazurile în care nu este posibil să le transmită imediat la portul de destinație. Este clar că traficul este neuniform, există întotdeauna ondulații care trebuie netezite. Și cu cât volumul tamponului este mai mare, cu atât este mai mare sarcina pe care o poate „acuma”.

Modelele de comutare simple au o memorie tampon de câteva sute de kilobytes pe port în modelele mai scumpe această valoare ajunge la câțiva megaocteți.

Comutați performanța. În primul rând, trebuie remarcat faptul că un comutator este un dispozitiv multiport complex și este pur și simplu imposibil să-i evaluăm adecvarea pentru rezolvarea sarcinii date pe baza fiecărui parametru separat. Există un număr mare de opțiuni de trafic, cu intensități diferite, dimensiuni ale cadrelor, distribuție între porturi etc. Încă nu există o metodologie generală de evaluare (trafic de referință) și sunt utilizate o varietate de „teste corporative”. Sunt destul de complexe, iar în această carte va trebui să ne limităm doar la recomandări generale.

Un switch ideal ar trebui să transmită cadre între porturi la aceeași viteză cu care nodurile conectate le generează, fără pierderi și fără a introduce întârzieri suplimentare. Pentru a face acest lucru, elementele interne ale comutatorului (procesoare de port, magistrală intermodule, procesor central etc.) trebuie să facă față procesării traficului de intrare.

În același timp, în practică, există multe restricții destul de obiective privind capacitățile comutatoarelor. Cazul clasic al mai multor gazde care interacționează intens cu un singur server va determina inevitabil degradarea performanței reale din cauza vitezei fixe a protocolului.

Astăzi, producătorii au stăpânit pe deplin producția de comutatoare (10/100baseT), chiar și modelele foarte ieftine au lățime de bandă suficientă și procesoare destul de rapide. Problemele încep atunci când trebuie să aplicați metode mai complexe de limitare a vitezei nodurilor conectate (contrapresiune), filtrare și alte protocoale discutate mai jos.

În concluzie, trebuie spus că cel mai bun criteriu este încă practica atunci când comutatorul își arată capabilitățile într-o rețea reală.

Caracteristici suplimentare ale comutatoarelor.

După cum am menționat mai sus, comutatoarele moderne au atât de multe capacități încât comutarea convențională (care părea un miracol tehnologic în urmă cu zece ani) se estompează în fundal. Într-adevăr, modelele care costă între 50 USD și 5000 USD pot schimba cadrele rapid și relativ eficient. Diferența vine tocmai în ceea ce privește capabilitățile suplimentare.

Este clar că comutatoarele gestionate au cel mai mare număr de capabilități suplimentare. Restul descrierii va evidenția în mod specific opțiunile care de obicei nu pot fi implementate corect pe comutatoarele personalizate.

Conectarea comutatoarelor într-o stivă. Această opțiune suplimentară este una dintre cele mai simple și mai utilizate pe scară largă în rețelele mari. Scopul său este de a conecta mai multe dispozitive cu o magistrală comună de mare viteză pentru a crește performanța centrului de comunicații. În acest caz, uneori pot fi utilizate opțiuni unificate de control, monitorizare și diagnosticare.

Trebuie remarcat faptul că nu toți vânzătorii folosesc tehnologia de conectare a comutatoarelor folosind porturi speciale (stivuire). În acest domeniu, liniile Gigabit Ethernet devin din ce în ce mai comune, sau prin gruparea mai multor porturi (până la 8) într-un singur canal de comunicație.

Protocolul Spanning Tree (STP). Pentru rețele LAN simple, menținerea topologiei Ethernet corecte (stea ierarhică) în timpul funcționării nu este dificilă. Dar cu o infrastructură mare, aceasta devine o problemă serioasă - traversarea incorectă (închiderea unui segment într-un inel) poate duce la oprirea funcționării întregii rețele sau a unei părți a acesteia. Mai mult, găsirea locului accidentului poate să nu fie deloc ușoară.

Pe de altă parte, astfel de conexiuni redundante sunt adesea convenabile (multe rețele de transport de date sunt construite folosind o arhitectură inelă) și pot crește foarte mult fiabilitatea - dacă există un mecanism corect de procesare a buclei.

Pentru a rezolva această problemă, se folosește Spanning Tree Protocol (STP), în care comutatoarele creează automat o configurație activă de legături asemănătoare arborelui, găsind-o prin schimbul de pachete de servicii (Bridge Protocol Data Unit, BPDU), care sunt plasate în câmpul de date al unui cadru Ethernet. Drept urmare, porturile pe care buclele sunt închise sunt blocate, dar pot fi pornite automat dacă legătura principală este întreruptă.

Astfel, tehnologia STA oferă suport pentru conexiuni de rezervă într-o rețea cu topologie complexă și posibilitatea de a o schimba automat fără participarea administratorului. Această caracteristică este mai mult decât utilă în rețelele mari (sau distribuite), dar datorită complexității sale este rar folosită în comutatoarele personalizate.

Modalități de a controla fluxul de intrare. După cum sa menționat mai sus, dacă comutatorul este încărcat neuniform, pur și simplu fizic nu va putea trece prin fluxul de date la viteză maximă. Dar pur și simplu eliminarea cadrelor suplimentare din motive evidente (de exemplu, întreruperea sesiunilor TCP) este extrem de nedorită. Prin urmare, este necesar să se utilizeze un mecanism de limitare a intensității traficului transmis de nod.

Există două moduri posibile - capturarea agresivă a mediului de transmisie (de exemplu, comutatorul poate să nu respecte intervalele de timp standard). Dar această metodă este potrivită numai pentru mediile de transmisie „generale”, care sunt rareori utilizate în Ethernet comutată. Metoda contrapresiunii are același dezavantaj, în care cadrele fictive sunt transmise la nod.

Prin urmare, în practică, este solicitată tehnologia Advanced Flow Control (descrisă în standardul IEEE 802.3x), al cărei sens este că comutatorul transmite cadre speciale de „pauză” către nod.

Filtrarea traficului. Este adesea foarte util să setați condiții suplimentare de filtrare a cadrelor pentru cadrele de intrare sau de ieșire pe porturile de comutare. În acest fel, puteți restricționa accesul anumitor grupuri de utilizatori la anumite servicii de rețea folosind adresa MAC sau eticheta de rețea virtuală.

De regulă, condițiile de filtrare sunt scrise sub formă de expresii booleene formate folosind operatorii logici AND și OR.

Filtrarea complexă necesită putere de procesare suplimentară de la comutator și, dacă este insuficientă, poate reduce semnificativ performanța dispozitivului.

Capacitatea de filtrare este foarte importantă pentru rețelele în care utilizatorii finali sunt abonați „comerciali” al căror comportament nu poate fi reglementat prin măsuri administrative. Deoarece pot întreprinde acțiuni distructive neautorizate (de exemplu, falsificarea adresei IP sau MAC a computerului lor), este recomandabil să se ofere un minim de oportunități pentru aceasta.

Comutare de al treilea nivel (Layer 3). Datorită creșterii rapide a vitezei și a utilizării pe scară largă a comutatoarelor, astăzi există un decalaj vizibil între capacitățile de comutare și rutarea clasică folosind computere de uz general. Cel mai logic lucru în această situație este de a oferi comutatorului gestionat capacitatea de a analiza cadre la al treilea nivel (conform modelului OSI cu 7 straturi). O astfel de rutare simplificată face posibilă creșterea semnificativă a vitezei și gestionarea mai flexibilă a traficului pe o LAN mare.

Cu toate acestea, în rețelele de transport de date, utilizarea switch-urilor este încă foarte limitată, deși tendința de ștergere a diferențelor acestora față de routere în ceea ce privește capabilitățile se vede destul de clar.

Capabilitati de management si monitorizare. Funcțiile suplimentare extinse includ comenzi avansate și convenabile. Anterior, dispozitivele simple puteau fi controlate de câteva butoane printr-un indicator digital mic, sau printr-un port de consolă. Dar acest lucru este deja în trecut - recent au fost produse comutatoare cu control printr-un port obișnuit 10/100baseT folosind Telnet, un browser web sau prin protocolul SNMP, dacă primele două metode sunt, în mare, doar o continuare convenabilă din setările obișnuite de pornire, apoi SNMP vă permite să utilizați comutatorul ca un instrument cu adevărat universal.

Pentru Ethernet, doar extensiile sale sunt interesante - RMON și SMON. RMON-I este descris mai jos, pe lângă acesta există și RMON-II (care afectează niveluri mai mari OSI). Mai mult, în comutatoarele „de nivel mediu”, de regulă, sunt implementate doar grupurile RMON 1-4 și 9.

Principiul de funcționare este următorul: agenții RMON de pe comutatoare trimit informații către un server central, unde un software special (de exemplu, HP OpenView) prelucrează informațiile, prezentându-le într-o formă convenabilă pentru administrare.

Mai mult, procesul poate fi controlat - prin schimbarea de la distanță a setărilor, funcționarea rețelei poate fi revenită la normal. Pe lângă monitorizare și management, folosind SNMP puteți construi un sistem de facturare. Deși acest lucru pare oarecum exotic, există deja exemple de utilizare reală a acestui mecanism.

Standardul RMON-I MIB descrie 9 grupuri de obiecte:

Statistici - date statistice curente acumulate privind caracteristicile cadrelor, numărul de coliziuni, cadrele eronate (cu detalii pe tipuri de erori), etc.
Istoric - date statistice salvate la anumite intervale pentru analiza ulterioară a tendințelor modificărilor acestora.
Alarme - valorile prag ale indicatorilor statistici, atunci când sunt depășite, agentul RMON generează un eveniment specific. Implementarea acestui grup necesită implementarea grupului Evenimente - evenimente.
Gazdă - date despre gazdele de rețea descoperite ca urmare a analizei adreselor MAC ale cadrelor care circulă în rețea.
Host TopN - un tabel de N gazde de rețea care au cele mai mari valori ale parametrilor statistici specificați.
Traffic Matrix - statistici privind intensitatea traficului dintre fiecare pereche de gazde de retea, organizate sub forma unei matrice.
Filtru - condiții de filtrare a pachetelor; pachetele care satisfac o anumită condiție pot fi fie capturate, fie pot genera evenimente.
Packet Capture - un grup de pachete capturate folosind condițiile de filtrare specificate.
Eveniment - condiții pentru înregistrarea evenimentelor și notificarea despre evenimente.

O discuție mai detaliată despre capabilitățile SNMP ar necesita cel puțin la fel de mult spațiu ca această carte, așa că este oportun să ne concentrăm pe această descriere foarte generală a acestui instrument complex, dar puternic.

Rețele virtuale (Virtual Local-Area Network, VLAN). Aceasta este probabil cea mai importantă caracteristică (în special pentru rețelele de acasă) și utilizată pe scară largă a comutatoarelor moderne. Trebuie remarcat faptul că există mai multe moduri fundamental diferite de a construi rețele virtuale folosind comutatoare. Datorită importanței mari pentru furnizarea Ethernet, descrierea sa detaliată a tehnologiei va fi făcută într-unul din capitolele următoare.

Sensul scurt este de a utiliza comutatoare (nivelul 2 al modelului OSI) pentru a crea mai multe rețele virtuale (independente una de cealaltă) pe o rețea Ethernet LAN fizică, permițând routerului central să gestioneze porturile (sau grupurile de porturi) pe comutatoare la distanță. Acesta este ceea ce face de fapt VLAN un mijloc foarte convenabil pentru furnizarea de servicii de transmisie de date (furnizare).

- 42,52 Kb

230106

(cod de specialitate)

LUCRARE DE CURS

prin disciplina

Subiect:

SGPEC 230106.11.15.

Grup de studenți: TO3A08, Korchagin A. G.

Profesor: Chirochkin E.I.

Data apărării: _______________________ Evaluare__________

Saransk

2011

Ministerul Educației și Științei al Federației Ruse

FGOU SPO „Colegiul Industrial și Economic de Stat Saransk”

230106

(cod de specialitate)

TERCARE PENTRU LUCRARE DE CURS

prin disciplina Rețele de calculatoare și telecomunicații

elev al grupei TO3A08, Korchagin A. G.

Subiect: Comutatoare: caracteristici și specificații

Lucrarea cursului este completată pe 28 de foi și include următoarele secțiuni:

Introducere

1 Caracteristicile unui comutator de rețea

2 Clasificarea întrerupătoarelor moderne

3 Caracteristicile comutatorului

Concluzie

Lista surselor utilizate

Data emiterii: ________________ Manager departament: ______________

Data limită: ____________ Profesor: _______________

Introducere…………………………………………………………………………………….5

Caracteristici ale comutatorului de rețea………………………………………………………………… 10

Comutatorul și rolul său în structurarea rețelei…………………………………10
Principiul de funcționare………………………………………………………………… …..11

Clasificarea întrerupătoarelor moderne…………………………………………….. 14

Conform metodei de promovare a personalului………………………………………………………….14

Din mers ………………………………………………………………………………… ....14
Cu depozitare intermediară………………………………………………………..14

Conform algoritmului principiului de funcționare……………………………………………………………………….15

Comutatoare transparente……………………………………………………………………………… 15

Comutatoare care implementează algoritmul de rutare sursă………………………………………………………………………………….15

Comutatoare care implementează algoritmul spanning tree…………16

Conform arhitecturii logice interne……………………………………………….. 16

Întrerupătoare cu matrice de comutare…………………………………16
Comutatoare cu o magistrală comună……………………………………………………..17
Comutatoare de memorie partajată……………………………………18
Comutatoare combinate………………………………………….19

După domeniul de aplicare……………………………………………………………………..20

Switch-uri cu un număr fix de porturi…………………………20
Comutatoare modulare………………………………………………………………….20
Comutatoare stivuite…………………………………………………………………… ….21

Schimbarea tehnologiilor…………………………………………………… ………..21

Comutatoare Ethernet…………………………………………………….. .21
Comutatoare Token Ring…………………………………………………………………….22
Comutatoare FDDI………………………………………………………...23

Caracteristicile comutatoarelor…………………………………………………………………………………24

Lățimea de bandă…………………………………………………………………………24
Întârzierea transmisiei cadrului…………………………………………………….24
Viteza cadrelor care se deplasează prin rețea……………………………………………….25
Rata de filtrare…………………………………………………………………..25

Concluzie…………………………………………………………………………………………….26

Lista surselor utilizate……………………………………………………………………. ..27

Introducere

Când situația s-a schimbat la sfârșitul anilor 80 - începutul anilor 90 - apariția protocoalelor rapide, a calculatoarelor personale de înaltă performanță, a informațiilor multimedia și a împărțirii rețelei într-un număr mare de segmente - podurile clasice nu au mai putut face față meserii. Servirea fluxurilor de cadre între acum mai multe porturi folosind o singură unitate de procesare a necesitat o creștere semnificativă a vitezei procesorului, iar aceasta este o soluție destul de costisitoare. Soluția care „a dat naștere” comutatoarelor s-a dovedit a fi mai eficientă (Fig. 1): pentru a deservi fluxul care ajunge la fiecare port, în dispozitiv au fost instalate procesoare specializate separate pentru fiecare dintre porturi, care au implementat algoritmul de punte.

Figura 1 Comutator

În esență, un comutator este o punte multiprocesor capabilă să redirecționeze simultan cadre între toate perechile de porturi ale sale simultan. Dar dacă, atunci când au fost adăugate unități de procesor, computerul nu a încetat să mai fie numit computer, ci a fost adăugat doar adjectivul „multiprocesor”, atunci a avut loc o metamorfoză cu poduri multiprocesor - s-au transformat în comutatoare. Acest lucru a fost facilitat de metoda de comunicare între procesoarele individuale ale comutatorului - acestea au fost conectate printr-o matrice de comutare, similară cu matricele computerelor multiprocesoare care conectează procesoare cu blocuri de memorie. Treptat, comutatoarele au înlocuit podurile clasice cu un singur procesor din rețelele locale. Motivul principal pentru aceasta este performanța foarte ridicată cu care comutatoarele transmit cadre între segmentele de rețea. Dacă punțile ar putea chiar încetini rețeaua atunci când performanța lor a fost mai mică decât intensitatea fluxului de cadre intersegmentare, atunci comutatoarele sunt întotdeauna eliberate cu procesoare de porturi care pot transmite cadre la viteza maximă pentru care este proiectat protocolul. Adăugând la aceasta, transferul paralel de cadre între porturi a făcut ca performanța comutatoarelor să fie cu câteva ordine de mărime mai mare decât a podurilor - switch-urile pot transfera până la câteva milioane de cadre pe secundă, în timp ce podurile procesau de obicei 3-5 mii de cadre pe secundă. da-mi o secunda. Acest lucru a predeterminat soarta podurilor și comutatoarelor. Utilizarea colectivă a unui sistem de cablu comun de către multe computere duce la o scădere semnificativă a performanței rețelei în condiții de trafic intens. Mediul partajat nu mai poate face față fluxului de cadre transmise și în rețea apare o coadă de computere care așteaptă accesul. Această problemă poate fi rezolvată prin structurarea logică a rețelei folosind un comutator (Fig. 2). Structurarea logică a rețelei se referă la împărțirea unui mediu comun comun în segmente logice pentru a localiza traficul fiecărui segment individual de rețea. În acest caz, segmentele individuale de rețea sunt conectate prin dispozitive precum comutatoare. O rețea împărțită în segmente logice are performanță și fiabilitate mai ridicate. Beneficiile împărțirii mediului partajat în segmente logice:

Simplitatea topologiei rețelei, permițând extinderea ușoară a numărului de noduri;

Fără pierdere de cadre din cauza depășirii bufferelor dispozitivelor de comunicație, deoarece un nou cadru nu este transmis în rețea până la primirea celui precedent - sistemul de diviziune medie în sine reglează fluxul de cadre și suspendă stațiile care generează cadre prea des, forțându-le a aștepta accesul;

Simplitatea protocoalelor, asigurând costuri reduse pentru comutarea echipamentelor.

Figura 2 Structura logică a rețelei folosind un comutator

Deoarece rețeaua conține grupuri de computere care schimbă în primul rând informații între ele, împărțirea rețelei în segmente logice îmbunătățește performanța rețelei - traficul este localizat în cadrul grupurilor, iar sarcina sistemelor lor de cablare partajată este redusă semnificativ.

Relevanţă Tema de cercetare aleasă este determinată, în primul rând, de intrarea rapidă a rețelelor locale în aproape toate aspectele activității informaționale. Și dispozitivele de rețea care îmbunătățesc performanța rețelei sunt o parte integrantă a rețelelor locale. Organizarea rețelelor locale folosind echipamente de rețea a devenit norma la proiectarea rețelelor mari. Această normă a înlocuit rețelele construite exclusiv pe segmente de cablu pe care computerele din rețea le folosesc pentru a transmite informații.

În al doilea rând, în ultimii ani (din 2006), comutatoarele au început să împingă în mod vizibil routerele din pozițiile lor bine stabilite. Routerele au ocupat un loc central în rețeaua clădirii, iar switch-urilor li s-a alocat un loc la nivelul rețelei de etaj. În plus, de obicei erau puține switch-uri - erau instalate doar în segmente de rețea foarte aglomerate sau pentru a conecta servere de înaltă performanță. Switch-urile au început să înlocuiască routerele din centrul rețelei la periferie unde erau folosite pentru a conecta rețeaua locală la cea globală. Locul central în rețeaua clădirii a fost ocupat de un comutator corporativ modular, care a unit toate rețelele de etaj și departamente pe coloana vertebrală internă, foarte productivă. Switch-urile au înlocuit routerele deoarece raportul lor preț/performanță s-a dovedit a fi mult mai mic decât cel al unui router. Desigur, tendința de creștere a rolului switch-urilor în rețelele locale nu este absolută. Iar routerele au încă aplicațiile lor în care utilizarea lor este mai rațională decât comutatoarele. Routerele rămân indispensabile atunci când se conectează o rețea locală la una globală.

Scopul lucrării– dezvăluie esența principiului de funcționare al comutatorului, caracteristicile și caracteristicile acestuia și, de asemenea, luați în considerare domeniul de aplicare al acestuia.

Sarcini muncă de cercetare:

Explicați conceptul de comutator, esența principiului de funcționare, scopul și rolul utilizării acestuia în funcționarea rețelelor locale;

Luați în considerare diferitele clasificări și caracteristici ale acestui dispozitiv;

Analizați relevanța și perspectivele utilizării comutatoarelor în organizarea rețelelor locale.

Obiect de studiu Comutatorul este unul dintre cele mai promițătoare dispozitive de rețea utilizate în organizarea rețelelor locale.

Subiect de cercetare sunt caracteristicile și caracteristicile comutatoarelor.

Structura muncii.

Primul capitol descrie caracteristicile unui comutator de rețea, conceptul său, rolul în structurarea rețelei și principiul de funcționare.

Al doilea capitol descrie clasificarea comutatoarelor moderne:

Prin metoda promovării personalului;

Conform algoritmului principiului de funcționare;

Prin arhitectură logică internă;

După domeniul de aplicare;

Schimbați tehnologiile.

Al treilea capitol descrie caracteristicile comutatoarelor.

1 Caracteristicile unui comutator de rețea

În acest capitol, vom analiza conceptul de comutator, scopul utilizării acestuia și principiul de funcționare.

Switch și rolul său în structurarea rețelei

Un comutator sau comutator este un dispozitiv conceput pentru a conecta mai multe noduri ale unei rețele de calculatoare într-un singur segment. Comutatorul transmite date numai direct către destinatar. Acest lucru îmbunătățește performanța și securitatea rețelei prin eliberarea altor segmente de rețea de a trebui (și de a putea) procesa date care nu le-au fost destinate. Switch-ul poate uni gazdele din aceeași rețea prin adresele lor MAC. Comutatorul împarte mediul general de transmisie a datelor în segmente logice. Un segment logic se formează prin combinarea mai multor segmente fizice (secțiuni de cablu). Fiecare segment logic este conectat la un port de comutare separat (Fig. 3). Când un cadru ajunge pe oricare dintre porturi, comutatorul repetă acest cadru numai pe portul la care este conectat segmentul. Comutatorul transmite cadre în paralel. Conţinut

Introducere…………………………………………………………………………………….5
Caracteristici ale comutatorului de rețea……………………………………………………………………10
Comutatorul și rolul său în structurarea rețelei…………………………………10
Principiul de funcționare……………………………………………………………………………………………..11
Clasificarea întrerupătoarelor moderne……………………………………………..14
Conform metodei de promovare a personalului………………………………………………………….14
Din mers…………………………………………………………………………………..14
Cu depozitare intermediară………………………………………………………..14
Conform algoritmului principiului de funcționare……………………………………………………………………….15
Comutatoare transparente……………………………………………………………………15
Switch-uri care implementează algoritmul de rutare sursă……………………………………………………………………………………………………………….15
Comutatoare care implementează algoritmul spanning tree…………16
Despre arhitectura logică internă………………………………………………16
Întrerupătoare cu matrice de comutare…………………………………16
Comutatoare cu o magistrală comună……………………………………………………..17
Comutatoare de memorie partajată……………………………………18
Comutatoare combinate………………………………………….19
După domeniul de aplicare……………………………………………………..20
Switch-uri cu un număr fix de porturi…………………………20
Comutatoare modulare………………………………………………………………….20
Comutatoare stivuite…………………………………………………….21
Tehnologii de comutare………………………………………………………..21
Comutatoare Ethernet…………………………………………………………….21
Comutatoare Token Ring…………………………………………………………………….22
Comutatoare FDDI………………………………………………………...23
Caracteristicile comutatoarelor………………………………………………………24
Lățimea de bandă……………………………………………………24
Întârzierea transmisiei cadrului…………………………………………………….24
Viteza cadrelor care se deplasează prin rețea…………………………………………………….25
Rata de filtrare…………………………………………………………………..25
Concluzie…………………………………………………………………………………………….26
Lista surselor utilizate……………………………………………………………...27

După ce tehnologia de comutare a atras atenția generală și a primit note mari de la specialiști, multe companii au început să implementeze această tehnologie în dispozitivele lor, folosind diverse soluții tehnice pentru aceasta. Multe switch-uri din prima generație erau similare cu routerele, adică se bazau pe un procesor central de uz general conectat la porturile de interfață printr-o magistrală internă de mare viteză. Cu toate acestea, acestea erau mai probabil dispozitive de probă destinate companiei să stăpânească tehnologia de comutare în sine și nu să cucerească piața.

Principalul dezavantaj al unor astfel de comutatoare a fost viteza lor redusă. Procesorul universal nu a putut face față volumului mare de operațiuni specializate pentru trimiterea de cadre între modulele de interfață.

Pentru a accelera operațiunile de comutare, au fost necesare procesoare specializate cu capacități de comunicații specializate, ca la primul comutator Kalpana, și au apărut în curând. Comutatoarele folosesc acum LSI-uri personalizate, specializate, care sunt optimizate pentru a efectua operațiuni de comutare de bază. Adesea, mai multe LSI-uri specializate sunt utilizate într-un singur comutator, fiecare dintre ele efectuând o parte completă funcțional a operațiunilor.

În prezent, comutatoarele folosesc una dintre cele trei scheme de interacțiune pentru blocurile sau modulele lor ca bază:

♦ matrice de comutare;

♦ memorie partajată cu mai multe intrări;

♦ autobuz comun.

Adesea, aceste trei metode de comunicare sunt combinate într-un singur comutator.

Comutatoare pe bază de material

Matricea de comutare este principala și cea mai rapidă modalitate de interacțiune între procesoarele de porturi, aceasta a fost implementată în primul comutator de rețea locală industrială. Cu toate acestea, implementarea matricei este posibilă numai pentru un anumit număr de porturi, iar complexitatea circuitului crește proporțional cu pătratul numărului de porturi de comutare.

Matricea constă din trei niveluri de comutatoare binare care conectează intrarea lor la una dintre cele două ieșiri, în funcție de valoarea bitului de etichetă. Comutatoarele de prim nivel sunt controlate de primul bit al etichetei, al doilea de al doilea și al treilea de al treilea.

Matricea poate fi implementată într-un mod diferit, bazat pe circuite combinaționale de alt tip, dar caracteristica sa rămâne încă tehnologia comutării canalelor fizice. Un dezavantaj binecunoscut al acestei tehnologii este lipsa tamponării datelor în interiorul matricei de comutare - dacă un canal compozit nu poate fi construit din cauza portului de ieșire ocupat sau a elementului de comutare intermediar, atunci datele trebuie să se acumuleze la sursă, în acest caz - în blocul de intrare al portului care a primit cadrul.

Comutatoare de autobuz

Comutatoarele de magistrală partajată utilizează o magistrală de partajare a timpului de mare viteză pentru a comunica între procesoarele de porturi. Această arhitectură de comutare se bazează pe un procesor universal, dar diferă prin faptul că magistrala este pasivă, iar rolul activ este jucat de procesoare de porturi specializate.

Pentru ca magistrala să nu fie blocajul comutatorului, performanța acestuia trebuie să fie de cel puțin N/2 ori mai mare decât viteza datelor care ajung la blocurile de intrare ale procesoarelor de porturi. În plus, cadrul trebuie transmis prin magistrală în părți mici, de câțiva octeți fiecare, astfel încât transmisia de cadre între mai multe porturi să aibă loc într-un mod pseudo-paralel, fără a introduce întârzieri în transmiterea cadrului în ansamblu. Mărimea unei astfel de celule de date este determinată de producătorul comutatorului. Unii producători, cum ar fi LANNET (acum o divizie a Madge Networks), au ales celula ATM cu câmpul său de date de 48 de octeți ca parte de date transportată într-o operațiune de magistrală. Această abordare facilitează traducerea protocoalelor LAN în ATM dacă comutatorul acceptă aceste tehnologii.

Blocul de intrare al procesorului plasează o etichetă într-o celulă transportată pe magistrală, care indică numărul portului de destinație. Fiecare bloc de ieșire al procesorului de port conține un filtru de etichete care selectează etichetele destinate portului respectiv.

Autobuzul, ca și matricea de comutare, nu poate efectua tamponare intermediară, dar, deoarece datele cadru sunt împărțite în celule mici, nu există nicio întârziere în așteptarea inițială pentru ca portul de ieșire să fie disponibil într-o astfel de schemă.

Comutatoare de memorie partajată

Al treilea port arhitectură de bază de comunicare este memoria partajată cu două intrări.

Blocurile de intrare ale procesoarelor de port sunt conectate la intrarea comutată a memoriei partajate, iar blocurile de ieșire ale acelorași procesoare sunt conectate la ieșirea comutată a acestei memorie. Comutarea dintre intrarea și ieșirea memoriei partajate este controlată de managerul de cozi a portului de ieșire. În memoria partajată, managerul organizează mai multe cozi de date, câte una pentru fiecare port de ieșire. Blocurile de intrare ale procesorului trimit cereri managerului de port pentru a scrie date în coada portului care corespunde adresei de destinație a pachetului. Managerul, la rândul său, conectează intrarea de memorie la unul dintre blocurile de intrare ale procesorului și rescrie o parte din datele cadru în coada unui anumit port de ieșire. Pe măsură ce cozile se umplu, managerul conectează, de asemenea, alternativ ieșirea memoriei partajate la blocurile de ieșire ale procesoarelor de porturi, iar datele din coadă sunt rescrise în tamponul de ieșire al procesorului.

Memoria trebuie să fie suficient de rapidă pentru a menține viteza de transfer de date între cele N porturi ale comutatorului. Utilizarea memoriei tampon partajate, distribuită flexibil de către manager între porturile individuale, reduce cerințele pentru dimensiunea memoriei tampon a procesorului de porturi.

Comutatoare combinate

Fiecare dintre arhitecturile descrise are propriile avantaje și dezavantaje, astfel încât aceste arhitecturi sunt adesea folosite în combinație între ele în comutatoare complexe.

Switch-ul este format din module cu un număr fix de porturi (2-8), realizate pe baza unui ASIC specializat care implementează arhitectura matricei de comutare. Dacă porturile între care trebuie transmis cadrul de date aparțin aceluiași modul, atunci cadrul este transmis de către procesoarele modulului pe baza matricei de comutare disponibilă în modul. Dacă porturile aparțin unor module diferite, atunci procesoarele comunică printr-o magistrală comună. Cu această arhitectură, transmisia de cadre în cadrul unui modul va avea loc cel mai adesea mai rapid decât în cazul transmisiei între module, deoarece matricea de comutare este cea mai rapidă, deși cel mai puțin scalabilă, modalitate de interacțiune cu port. Viteza magistralei interne a comutatoarelor poate ajunge la câțiva Gb/s, iar pentru cele mai puternice modele - până la 10-14 Gb/s.

Se pot imagina alte moduri de a combina arhitecturi, de exemplu, folosind module de memorie partajată pentru interacțiune.

Comutatoare modulare și stivuibile

Din punct de vedere structural, comutatoarele sunt împărțite în:

♦ comutatoare autonome cu un număr fix de porturi;

♦ comutatoare modulare bazate pe șasiu;

♦ comutatoare cu un număr fix de porturi, asamblate într-o stivă.

Primul tip de comutatoare este de obicei conceput pentru organizarea de grupuri mici de lucru.

Comutatoarele modulare bazate pe șasiu sunt cel mai adesea concepute pentru a fi utilizate pe coloana vertebrală a rețelei. Prin urmare, ele sunt realizate pe baza unui fel de schemă combinată în care interacțiunea modulelor este organizată printr-o magistrală de mare viteză sau bazată pe memorie partajată rapidă, de mare capacitate. Modulele unui astfel de comutator sunt realizate pe baza tehnologiei „hot swap”, adică pot fi înlocuite din mers, fără a opri comutatorul, deoarece dispozitivul central de comunicare al rețelei nu ar trebui să aibă întreruperi în funcționare. Șasiul este de obicei echipat cu surse de alimentare redundante și ventilatoare redundante în același scop. În general, astfel de comutatoare seamănă cu routerele de ultimă generație sau hub-urile multifuncționale corporative, așa că uneori includ, pe lângă modulele de comutare, module de repetitor sau router.

Din punct de vedere tehnic, comutatoarele stivuite prezintă un interes deosebit. Aceste dispozitive sunt întrerupătoare care pot funcționa autonom, deoarece sunt realizate într-o carcasă separată, dar au interfețe speciale care le permit să fie combinate într-un sistem comun care funcționează ca un singur comutator. În acest caz, se spune că comutatoarele individuale formează o stivă.

De obicei, această interfață specială este o magistrală de mare viteză care permite ca șasiul individual să fie combinat ca modulele într-un comutator bazat pe șasiu. Deoarece distanțele dintre carcase sunt mai mari decât între modulele de pe șasiu, viteza de transfer al magistralei este de obicei mai mică decât cea a comutatoarelor modulare: 200-400 Mb/s. Vitezele de comunicare nu foarte mari între comutatoarele stive se datorează și faptului că comutatoarele stivei ocupă de obicei o poziție intermediară între comutatoarele cu un număr fix de porturi și comutatoarele bazate pe șasiu. Switch-urile stivuite sunt folosite pentru a crea rețele de grupuri de lucru și departamente, astfel încât nu au nevoie cu adevărat de viteze ultra-înalte ale autobuzelor de schimb și nu corespund intervalului de preț al acestora.

Cisco a propus o abordare diferită pentru organizarea stivei. Comutatorul său Catalyst 3000 (numit anterior EtherSwitch Pro Stack) are și o interfață specială de mare viteză de 280 MB/s pentru organizarea stivei, dar cu ajutorul său comutatoarele nu sunt conectate între ele, ci la un dispozitiv separat care conține un comutator 8x8 țesătură care organizează schimbul de performanțe mai mari între orice pereche de comutatoare.

Caracteristicile de performanță ale comutatorului

Principalele caracteristici ale unui comutator care măsoară performanța acestuia sunt:

♦ viteza de filtrare;

♦ viteza de rutare (redirecționare);

♦ debit;

♦ întârziere de transmitere a cadrelor.

În plus, există câteva caracteristici ale comutatorului care au cel mai mare impact asupra acestor specificații de performanță. Acestea includ:

♦ dimensiune buffer(e) cadru;

♦ performanța magistralei interne;

♦ performanta procesorului sau procesoarelor;

♦ dimensiunea tabelului intern de adrese.

Viteza de filtrare și viteza de avans

Filtrarea cadrelor și viteza de redirecționare sunt două caracteristici cheie de performanță ale unui comutator. Aceste caracteristici sunt indicatori integrali, nu depind de modul în care este implementat tehnic.

Rata de filtrare determină viteza cu care comutatorul efectuează următorii pași de procesare a cadrelor:

♦ primirea cadrului în buffer-ul tău,

♦ distrugerea cadrului, deoarece portul său de destinație este același cu portul sursă.

Rata de redirecționare determină viteza cu care comutatorul efectuează următorii pași de procesare a cadrelor:

♦ primirea cadrului în buffer-ul tău,

♦ parcurgerea tabelului de adrese pentru a găsi portul pentru adresa de destinație a cadrului,

♦ transmiterea unui cadru către rețea prin portul de destinație găsit în tabelul de adrese.

Atât viteza de filtrare, cât și viteza de redirecționare sunt de obicei măsurate în cadre pe secundă. Dacă caracteristicile comutatorului nu specifică pentru ce protocol și pentru ce dimensiune a cadrului sunt date vitezele de filtrare și redirecționare, atunci se presupune că acești indicatori sunt dați pentru protocolul Ethernet și cadrele de dimensiune minimă, adică, cadre de 64 de octeți (fără preambul), cu un câmp de date de 46 de octeți. Dacă sunt date rate pentru un anumit protocol, cum ar fi Token Ring sau FDDI, atunci acestea sunt date și pentru cadrele de lungime minimă ale protocolului respectiv (de exemplu, cadre de 29 de octeți pentru protocolul FDDI). Utilizarea cadrelor de lungime minimă ca indicator principal al vitezei unui comutator se explică prin faptul că astfel de cadre creează întotdeauna cel mai dificil mod de operare pentru comutator în comparație cu cadrele din alte formate cu un debit egal al datelor de utilizator transferate. Prin urmare, atunci când se testează un comutator, modul de lungime minimă a cadrului este utilizat ca testul cel mai dificil, care ar trebui să verifice capacitatea comutatorului de a funcționa sub cea mai proastă combinație de parametri de trafic pentru acesta. În plus, pentru pachetele de lungime minimă, vitezele de filtrare și de redirecționare au o valoare maximă, ceea ce nu are o importanță mică atunci când se face publicitate unui comutator.

Debitul unui comutator este măsurat prin cantitatea de date utilizator transmisă pe unitatea de timp prin porturile sale. Deoarece comutatorul funcționează la nivelul legăturii de date, datele sale de utilizator sunt datele care sunt transferate în câmpul de date al cadrelor de protocol ale stratului de legătură de date - Ethernet, Token Ring, FDDI etc. Valoarea maximă a debitului comutatorului este întotdeauna atinsă pe cadrele cu lungime maximă, deoarece în acest caz ponderea costurilor generale pentru informațiile generale ale cadrelor este mult mai mică decât pentru cadrele cu lungime minimă și timpul în care comutatorul efectuează operațiuni de procesare a cadrelor pe octet. informația utilizatorului este semnificativ mai mică.

Dependența debitului comutatorului de dimensiunea cadrelor transmise este bine ilustrată de exemplul protocolului Ethernet, pentru care, la transmiterea cadrelor de lungime minimă, este o viteză de transmisie de 14880 cadre pe secundă și un debit de 5,48 Mb/s. atins, iar la transmiterea cadrelor de lungime maximă, se atinge o viteză de transmisie de 812 cadre pe secundă și un debit de 9,74 Mb/s. Debitul scade de aproape de două ori la trecerea la cadre de lungime minimă, iar acest lucru nu ia în considerare pierderea de timp pentru procesarea cadrelor de către comutator.

Cantitatea de întârziere introdusă de comutator depinde de modul său de funcționare. Dacă comutarea se efectuează „din zbor”, atunci întârzierile sunt de obicei mici și variază de la 10 µs la 40 µs, iar cu buffering full frame - de la 50 µs la 200 µs (pentru cadre de lungime minimă).

Un comutator este un dispozitiv multiport, deci se obișnuiește să se ofere toate caracteristicile de mai sus (cu excepția întârzierii transmisiei cadrelor) în două versiuni. Prima opțiune este performanța totală a comutatorului atunci când transmite simultan trafic pe toate porturile sale, a doua opțiune este performanța per port.

Deoarece atunci când traficul este transmis simultan de mai multe porturi, există un număr imens de opțiuni de trafic care diferă prin dimensiunea cadrelor din flux, distribuția intensității medii a fluxurilor de cadre între porturile de destinație, coeficienții de variație a intensității fluxuri de cadru etc. etc., apoi la compararea comutatoarelor pentru performanta este necesar sa se tina cont pentru ce varianta de trafic au fost obtinute datele de performanta publicate. Din păcate, pentru switch-uri (sau, de altfel, pentru routere), nu există repere de trafic general acceptate care să poată fi utilizate pentru a obține caracteristici de performanță comparabile, așa cum se face pentru caracteristicile de performanță de calcul, cum ar fi TPC-A sau SPECint92. Unele laboratoare care testează constant echipamentele de comunicații au elaborat descrieri detaliate ale condițiilor de testare pentru comutatoare și le folosesc în practica lor, dar aceste teste nu au devenit încă comune în industrie.

Estimarea performanței generale necesare a comutatorului

În mod ideal, un comutator instalat pe o rețea transmite cadre între nodurile conectate la porturile sale la rata la care nodurile generează aceste cadre, fără a introduce întârzieri suplimentare sau a pierde un singur cadru. În practică reală, comutatorul introduce întotdeauna unele întârzieri la transmiterea cadrelor și poate pierde și unele cadre, adică să nu le livreze destinatarilor. Datorită diferențelor în organizarea internă a diferitelor modele de comutatoare, este dificil de prezis cum va transmite un anumit comutator cadre pentru un anumit tipar de trafic. Cel mai bun criteriu este încă practica plasării unui switch într-o rețea reală și măsurarea întârzierilor pe care le introduce și a numărului de cadre pierdute. Cu toate acestea, există câteva calcule simple care vă pot oferi o idee despre cum se va comporta comutatorul într-o situație reală.

Baza pentru evaluarea modului în care un comutator va face față comunicării nodurilor sau segmentelor conectate la porturile sale sunt datele privind intensitatea medie a traficului între nodurile rețelei. Aceasta înseamnă că trebuie să estimăm cumva câte cadre pe secundă, în medie, generează un nod conectat la portul P2 la un nod conectat la portul P4 (trafic P24), un nod conectat la portul R3 (trafic P23) și așa mai departe , la nodul conectat la portul P6. Această procedură trebuie repetată apoi pentru traficul generat de nodurile conectate la porturile 3, 4, 5 și 6. În general, intensitatea traficului generat de un nod către altul nu este aceeași cu intensitatea traficului generat în sens opus. .

Rezultatul studiului de trafic va fi construirea unei matrice de trafic. Traficul poate fi măsurat atât în cadre pe secundă, cât și în biți pe secundă. Deoarece valorile de trafic necesare vor fi apoi comparate cu indicatorii de performanță ai comutatorului, acestea trebuie să fie în aceleași unități. Pentru a fi sigur, vom presupune că, în exemplul luat în considerare, traficul și performanța comutatorului sunt măsurate în biți pe secundă.

O matrice similară este construită de agenții RMON MIB (variabilă de matrice de trafic), încorporată în adaptoarele de rețea sau alte echipamente de comunicație.

Pentru ca comutatorul să facă față suportării matricei de trafic necesare, trebuie îndeplinite mai multe condiții.

1. Performanța generală a comutatorului ar trebui să fie mai mare
sau egal cu intensitatea totală a traficului transmis.

Dacă această inegalitate nu este satisfăcută, atunci comutatorul cu siguranță nu va face față fluxului de cadre care intră în el și se vor pierde din cauza depășirii bufferelor interne. Deoarece formula include valori medii ale intensităților traficului, nicio cantitate, chiar și o dimensiune foarte mare a tamponului intern sau a bufferelor de comutare, nu va putea compensa procesarea prea lentă a cadrelor.

Performanța generală a comutatorului este asigurată de performanța suficient de ridicată a fiecăruia dintre elementele sale individuale - procesorul de port, matricea de comutare, modulele comune de conectare a magistralei etc. Indiferent de organizarea internă a comutatorului și de metodele de canalizare a operațiunilor sale, este posibil să se determine cerințe de performanță destul de simple pentru elementele sale care sunt necesare pentru a susține o anumită matrice de trafic. Să enumerăm câteva dintre ele.

2. Performanța maximă nominală a protocolului
fiecare port al comutatorului nu trebuie să fie mai mic decât intensitatea medie
traficul total care trece prin port.

3. Performanța procesorului fiecărui port nu trebuie să fie mai mică decât intensitatea medie a traficului total care trece prin port. Condiția este similară cu cea anterioară, dar în loc de performanța nominală a protocolului suportat, trebuie să folosească performanța procesorului de port.

4. Performanța magistralei interne a comutatorului nu trebuie să fie mai mică decât intensitatea medie a traficului total transmis între porturile aparținând diferitelor module de comutare.

Această verificare ar trebui, evident, efectuată numai pe acele comutatoare care au o arhitectură modulară internă folosind o magistrală comună pentru comunicația între module. Pentru comutatoarele cu o organizare internă diferită, de exemplu, cu memorie partajată, este ușor să propunem formule similare pentru a verifica performanța suficientă a elementelor lor interne.

Condițiile de mai sus sunt necesare pentru ca comutatorul să facă față sarcinii în medie și să nu piardă în mod constant cadre. Dacă cel puțin una dintre condițiile de mai sus nu este îndeplinită, atunci pierderea cadrelor nu devine un fenomen episodic în timpul valorilor de trafic de vârf, ci un fenomen constant, deoarece chiar și valorile medii ale traficului depășesc capacitățile comutatorului.

Condițiile 1 și 2 se aplică comutatoarelor cu orice organizație internă, iar condițiile 3 și 4 sunt date ca exemplu al necesității de a lua în considerare performanța porturilor individuale.

Deoarece producătorii de comutatoare se străduiesc să-și facă dispozitivele cât mai rapide posibil, performanța internă generală a unui comutator depășește adesea cu o oarecare marjă intensitatea medie a oricărui trafic care poate fi trimis către porturile de comutare conform protocoalelor lor. Astfel de comutatoare se numesc neblocare, ceea ce subliniază faptul că orice tip de trafic este transmis fără a-i reduce intensitatea.

Cu toate acestea, indiferent de performanța generală a comutatorului, puteți oricând să specificați pentru acesta o astfel de distribuție a traficului între porturi, pe care comutatorul nu poate face față și inevitabil va începe să piardă cadre. Pentru a face acest lucru, este suficient ca traficul total transmis prin switch pentru oricare dintre porturile sale de ieșire să depășească capacitatea maximă de protocol a acestui port. De exemplu, dacă porturile P4, P5 și P6 trimit fiecare 5 Mbps la portul P2, atunci portul P2 nu va putea transmite trafic cu o intensitate medie de 15 Mbps în rețea, chiar dacă procesorul acestui port are astfel de performanțe. Buffer-ul portului P2 se va umple la o rată

15 Mb/s și se scurge la o rată maximă de 10 Mb/s, astfel încât cantitatea de date brute va crește cu o rată de 5 Mb/s, ducând inevitabil la o depășire a oricărui buffer de dimensiune finită și, prin urmare, la pierderea cadrelor .

Din exemplul de mai sus, este clar că switch-urile își pot exploata pe deplin performanța internă ridicată numai în cazul unui trafic bine echilibrat, când probabilitatea de a transmite cadre de la un port la altul este aproximativ egală. În cazul „distorsiunilor” de trafic, când mai multe porturi își trimit traficul predominant către un singur port, este posibil ca comutatorul să nu poată face față sarcinii, nici măcar din cauza performanței insuficiente a procesoarelor sale de porturi, ci din cauza limitărilor protocolului de port.

Comutatorul poate pierde un procent mare de cadre chiar și în cazurile în care sunt îndeplinite toate condițiile de mai sus, deoarece acestea sunt necesare, dar nu suficiente pentru avansarea în timp util a cadrelor primite la porturile receptorului. Aceste condiții sunt insuficiente deoarece simplifică foarte mult procesele de transmitere a cadrelor prin comutator. Concentrarea doar pe valorile medii ale intensităților debitului nu ține cont de coliziunile care apar între emițătorii portului și adaptorul de rețea al computerului, pierderile în așteptarea accesului la mediu și alte fenomene care sunt cauzate de momente aleatorii. de generare a cadrelor, dimensiuni aleatorii ale cadrelor și alți factori aleatori care reduc semnificativ comutatorul de performanță reală. Cu toate acestea, utilizarea acestor estimări este utilă, deoarece ne permite să identificăm cazurile în care utilizarea unui anumit model de comutare pentru o anumită rețea este în mod evident inacceptabilă.

Deoarece nu este întotdeauna posibilă estimarea intensității fluxurilor de cadre între nodurile de rețea, la sfârșitul acestei secțiuni prezentăm o relație care ne permite să spunem că comutatorul are performanțe interne suficiente pentru a suporta fluxurile de cadre dacă trec prin toate porturile sale. cu intensitate maximă. Cu alte cuvinte, obținem condiția ca pentru un anumit set de porturi comutatorul să fie neblocant.

Evident, un comutator va fi neblocant dacă performanța internă totală a comutatorului este egală cu suma capacităților maxime de protocol ale tuturor porturilor sale.

Adică, dacă un switch are, de exemplu, 12 porturi Ethernet și 2 porturi Fast Ethernet, atunci performanța internă de 320 Mbps va fi suficientă pentru a gestiona orice distribuție a traficului care intră în switch prin porturile sale. Cu toate acestea, această performanță internă este redundantă, deoarece comutatorul este proiectat nu numai pentru a primi cadre, ci și pentru a le transmite către portul de destinație. Prin urmare, toate porturile de comutare nu pot primi în mod constant informații din exterior doar la viteză maximă - intensitatea medie a informațiilor care iese prin toate porturile de comutare trebuie să fie egală cu intensitatea medie a informațiilor primite. În consecință, viteza maximă a informațiilor transmise prin comutator în modul stabil este egală cu jumătate din debitul total al tuturor porturilor - fiecare cadru de intrare este un cadru de ieșire pentru un anumit port. În conformitate cu această declarație, pentru ca comutatorul să funcționeze normal, este suficient ca performanța sa globală internă să fie egală cu jumătate din suma debitelor maxime de protocol ale tuturor porturilor sale.

Prin urmare, pentru un switch cu 12 porturi Ethernet și 2 porturi Fast Ethernet, este suficient să aveți o performanță generală medie de 160 Mb/s pentru a transfera în mod normal orice opțiuni de distribuție a traficului care pot fi transmise de porturile sale pe o perioadă destul de lungă de timp.

Încă o dată, trebuie subliniat că această condiție garantează doar că elementele interne ale comutatorului - procesoare de porturi, magistrală intermodule, procesor central etc. - face față procesării traficului de intrare. O asimetrie în distribuția acestui trafic între porturile de ieșire poate duce întotdeauna la imposibilitatea de a trimite traficul către rețea în timp util din cauza limitărilor protocolului de port. Pentru a preveni pierderea cadrelor, mulți producători de switch-uri folosesc soluții proprietare care le permit să „încetinească” transmițătorii nodurilor conectate la comutator, adică introduc controale de flux fără a modifica protocoalele portului nodului final. Aceste metode vor fi discutate mai jos atunci când se iau în considerare capacități suplimentare de comutare.

În plus față de debitul elementelor de comutare individuale, cum ar fi procesoarele de porturi sau magistrala comună, performanța comutatorului este afectată de parametri precum dimensiunea tabelului de adrese și dimensiunea buffer-ului general sau a bufferelor de porturi individuale.

Dimensiunea tabelului de adrese

Capacitatea maximă a tabelului de adrese determină numărul maxim de adrese MAC pe care comutatorul le poate gestiona simultan. Deoarece comutatoarele folosesc cel mai adesea o unitate de procesare dedicată pentru a efectua operațiuni pe fiecare port cu propria memorie pentru a stoca o instanță a tabelului de adrese, dimensiunea tabelului de adrese pentru comutatoare este de obicei dată pe port. Instanțele tabelului de adrese ale diferitelor module de procesor nu conțin neapărat aceleași informații despre adresă - cel mai probabil nu vor exista multe adrese duplicate, cu excepția cazului în care distribuția traficului pe fiecare port este complet egală între celelalte porturi. Fiecare port stochează numai acele seturi de adrese pe care le-a folosit recent.

Numărul maxim de adrese MAC pe care procesorul de porturi le poate aminti depinde de aplicația comutatorului. Switch-urile pentru grupuri de lucru acceptă de obicei doar câteva adrese pe port, deoarece sunt concepute pentru a forma microsegmente. Comutatoarele de departament trebuie să accepte câteva sute de adrese, iar comutatoarele de rețea trebuie să accepte până la câteva mii, de obicei adrese 4K-8K.

Unii producători de comutatoare rezolvă această problemă schimbând algoritmul de gestionare a cadrelor cu o adresă de destinație necunoscută. Unul dintre porturile de comutare este configurat ca port trunk, către care sunt trimise implicit toate cadrele cu o adresă necunoscută. Această tehnică a fost folosită în routere de mult timp, făcând posibilă reducerea dimensiunii tabelelor de adrese în rețelele organizate după un principiu ierarhic.

Un cadru este transmis către un port trunk, presupunând că acest port este conectat la un comutator din amonte, care are o capacitate suficientă a tabelului de adrese și știe unde să trimită orice cadru. Un exemplu de transmisie a cadrelor cu succes atunci când se utilizează portul trunk este că comutatorul de nivel superior are informații despre toate nodurile de rețea, astfel încât cadrul cu adresa MAIS de destinație, transmis prin portul trunk, este transmis prin portul 2 către comutator. la care este conectat nodul cu adresa MAIS .

Deși metoda portului trunchiului va funcționa eficient în multe cazuri, este posibil să ne imaginăm situații în care cadrele vor fi pur și simplu pierdute. O astfel de situație este următoarea: un comutator din aval a eliminat adresa MAC8, care este conectată la portul său 4, din tabelul de adrese pentru a face loc pentru o nouă adresă MAC. Când sosește un cadru cu adresa de destinație MAC8, comutatorul îl transmite la portul trunk 5, prin care cadrul intră în comutatorul de nivel superior. Acest comutator vede din tabelul de adrese că adresa MAC8 aparține portului său 1, prin care a intrat în comutator. Prin urmare, cadrul nu este procesat în continuare și este pur și simplu filtrat și, prin urmare, nu ajunge la destinatar. Prin urmare, este mai fiabil să folosiți comutatoare cu suficient tabel de adrese pentru fiecare port, precum și suport pentru un tabel de adrese comun de către modulul de gestionare a comutatorului.

Volumul tamponului

Memoria tampon internă a comutatorului este necesară pentru a stoca temporar cadre de date în cazurile în care acestea nu pot fi transmise imediat la portul de ieșire. Bufferul este conceput pentru a netezi exploziile de trafic pe termen scurt. La urma urmei, chiar dacă traficul este bine echilibrat și performanța procesoarelor de porturi, precum și a altor elemente de procesare ale comutatorului, este suficientă pentru a transmite valori medii de trafic, acest lucru nu garantează că performanța lor va fi suficientă pentru vârfuri foarte mari. încărcături. De exemplu, traficul poate ajunge simultan la toate intrările comutatorului în câteva zeci de milisecunde, împiedicându-l să transmită cadrele primite către porturile de ieșire.

Pentru a preveni pierderea cadrelor atunci când intensitatea medie a traficului este depășită în mod repetat pentru o perioadă scurtă de timp (și pentru rețelele locale, se găsesc adesea valori ale coeficientului de ondulare a traficului în intervalul 50-100), singurul mijloc este un buffer de volum mare. Ca și în cazul tabelelor de adrese, fiecare modul de procesor de port are de obicei propria memorie tampon pentru stocarea cadrelor. Cu cât volumul acestei memorie este mai mare, cu atât este mai puțin probabil ca cadrele să se piardă din cauza supraîncărcărilor, deși dacă valorile medii ale traficului sunt dezechilibrate, tamponul se va depăși mai devreme sau mai târziu.

În mod obișnuit, comutatoarele concepute să funcționeze în părți critice ale rețelei au o memorie tampon de câteva zeci sau sute de kiloocteți per port. Este bine când această memorie tampon poate fi redistribuită între mai multe porturi, deoarece supraîncărcările simultane pe mai multe porturi sunt puțin probabile. Un mijloc suplimentar de protecție poate fi un buffer comun pentru toate porturile din modulul de gestionare a comutatorului. Un astfel de buffer are de obicei o capacitate de câțiva megaocteți.

Funcții suplimentare ale comutatorului

Întrucât un comutator este un dispozitiv de calcul complex care are mai multe module de procesor, este firesc să îl încărcați, pe lângă îndeplinirea funcției principale de transmitere a cadrelor de la port la port folosind un algoritm de punte, cu câteva funcții suplimentare utile în construirea de fiabile și flexibile. retelelor. Următoarele descriu cele mai comune caracteristici avansate ale comutatorului care sunt acceptate de majoritatea producătorilor de echipamente de comunicații.

Traducerea protocoalelor stratului de legătură

Switch-urile pot traduce un protocol de nivel de legătură în altul, de exemplu, Ethernet în FDDI, Fast Ethernet în Token Ring etc. Mai mult, ele funcționează după aceiași algoritmi ca și podurile de difuzare, adică în conformitate cu specificațiile RFC 1042 și 802.1H, care definesc regulile de conversie a câmpurilor de cadre ale diferitelor protocoale.

Traducerea protocoalelor de rețea locală este facilitată de faptul că cea mai complexă activitate pe care ruterele și gateway-urile le efectuează adesea atunci când se conectează rețele eterogene, și anume munca de traducere a informațiilor despre adrese, nu trebuie efectuată în acest caz. Toate nodurile finale ale rețelelor locale au adrese unice de același format, indiferent de protocolul acceptat. Prin urmare, adresa NIC Ethernet este înțeleasă de NIC-ul FDDI și pot folosi aceste adrese în câmpurile cadrelor lor fără să se gândească că nodul cu care comunică aparține unei rețele care rulează pe o tehnologie diferită.

Prin urmare, atunci când negociază protocoale de rețea locală, comutatoarele nu construiesc tabele de corespondență cu adresele gazdei, ci transferă adresele de destinație și sursă din cadrul unui protocol în cadrul altui protocol. Singura conversie care poate fi necesară este o conversie în ordine de biți dacă rețeaua Ethernet este asociată cu o rețea Token Ring sau FDDI. Acest lucru se datorează faptului că rețelele Ethernet adoptă așa-numita formă canonică de transmisie a adresei prin rețea, atunci când este transmis mai întâi bitul cel mai puțin semnificativ din octetul cel mai semnificativ al adresei. În rețelele FDDI și Token Ring, bitul cel mai semnificativ din octetul cel mai semnificativ al adresei este întotdeauna transmis primul. Deoarece tehnologia lOOVG-AnyLAN utilizează cadre Ethernet sau Token Ring, traducerea acesteia în alte tehnologii depinde de ce cadre de protocol sunt utilizate într-un anumit segment al rețelei lOOVG-AnyLAN.

Pe lângă schimbarea ordinii biților la transmiterea octeților de adresă, traducerea protocolului Ethernet (și Fast Ethernet, care utilizează formatul de cadru Ethernet) în protocoalele FDDI și Token Ring implică efectuarea următoarelor operațiuni (posibil nu toate):

♦ Calculați lungimea câmpului de date cadru și plasați această valoare în câmpul Lungime atunci când transmiteți un cadru dintr-o rețea FDDI sau Token Ring către o rețea Ethernet 802.3 (nu există câmp de lungime în cadrele FDDI și Token Ring).

♦ Completarea câmpurilor de stare a cadrelor la transferul de cadre dintr-o rețea FDDI sau Token Ring la o rețea Ethernet. Cadrele FDDI și Token Ring au doi biți care trebuie setați de stația la care a fost destinat cadrul - bitul de recunoaștere a adresei A și bitul de copiere a cadrului C. Când primește un cadru, stația trebuie să seteze acești doi biți pentru ca cadru care a revenit de-a lungul inelului la stația care l-a generat, a adus date de feedback. Când un comutator transmite un cadru către o altă rețea, nu există reguli standard pentru setarea biților A și C în cadrul care se întorc la stația sursă. Prin urmare, producătorii de comutatoare rezolvă această problemă la propria discreție.

♦ Eliminarea cadrelor trimise din rețelele FDDI sau Token Ring către o rețea Ethernet cu o dimensiune a câmpului de date mai mare de 1500 de octeți, deoarece aceasta este valoarea maximă posibilă a câmpului de date pentru rețelele Ethernet. În viitor, este posibil să trunchiați dimensiunea maximă a câmpului de date a rețelelor FDDI sau Token Ring folosind protocoale de nivel superior, de exemplu, TCP. O altă soluție la această problemă este ca comutatorul să suporte fragmentarea IP, dar aceasta necesită, în primul rând, implementarea unui protocol de nivel de rețea în comutator și, în al doilea rând, suport pentru protocolul IP de către nodurile care interacționează ale rețelelor traduse.

♦ Completarea câmpului Tip (tipul de protocol în câmpul de date) al unui cadru Ethernet II atunci când cadrele sosesc din rețele,

acceptă cadre FDDI sau Token Ring care nu au acest câmp. Pentru a stoca informații în câmpul Type, standardul RFC 1042 propune utilizarea câmpului Type din antetul cadrului LLC/SNAP, introdus în câmpul de date al cadrului MAC al protocoalelor FDDI sau Token Ring. Conversia inversă transferă valoarea din câmpul Tip al antetului LLC/SNAP în câmpul Tip al cadrului Ethernet II.

♦ Recalcularea sumei de verificare a cadrului în conformitate cu valorile generate de câmpurile de servicii de cadre.

Suport pentru algoritmul Spanning Tree

Algoritmul Spanning Tree (STA) permite comutatoarelor să determine automat configurația arborescentă a conexiunilor din rețea atunci când conectează arbitrar porturi între ele. După cum sa menționat deja, funcționarea normală a comutatorului necesită absența rutelor închise în rețea. Aceste rute pot fi create de administrator special pentru a crea conexiuni de rezervă sau pot apărea aleatoriu, ceea ce este foarte posibil dacă rețeaua are numeroase conexiuni și sistemul de cablare este prost structurat sau documentat.

Comutatoarele care acceptă algoritmul STA creează automat o configurație activă de legături asemănătoare arborelui (adică o configurație conectată fără bucle) pe setul tuturor legăturilor din rețea. Această configurație se numește spanning tree (uneori numit spanning sau nucleu arbore) și dă numele întregului algoritm.

Switch-urile găsesc arborele de acoperire în mod adaptiv prin schimbul de pachete de servicii. Implementarea algoritmului STA într-un comutator este foarte importantă pentru lucrul în rețele mari - dacă comutatorul nu acceptă acest algoritm, atunci administratorul trebuie să determine în mod independent ce porturi trebuie să fie plasate într-o stare blocată pentru a elimina buclele. În plus, dacă vreo conexiune, port sau comutator eșuează, administratorul trebuie, în primul rând, să detecteze faptul defecțiunii și, în al doilea rând, să elimine consecințele defecțiunii prin trecerea conexiunii de rezervă în modul de funcționare prin activarea unor porturi.

Definiții de bază

Rețeaua definește un comutator rădăcină din care este construit arborele. Comutatorul rădăcină poate fi selectat automat sau atribuit de administrator. Când se selectează automat

Comutatorul cu adresa MAC inferioară a unității sale de control devine cel mai jos.

Pentru fiecare comutator, este definit un port rădăcină - acesta este portul care are cea mai scurtă distanță din rețea până la comutatorul rădăcină (mai precis, la oricare dintre porturile comutatorului rădăcină). Apoi, pentru fiecare segment de rețea, este selectat un așa-numit port desemnat - acesta este portul care are cea mai scurtă distanță de la acest segment la comutatorul rădăcină.

Conceptul de distanță joacă un rol important în construcția arborelui întindere. Prin acest criteriu este selectat un singur port care conectează fiecare comutator la comutatorul rădăcină și un singur port care conectează fiecare segment de rețea la comutatorul rădăcină. Toate celelalte porturi sunt plasate într-o stare de așteptare, adică una în care nu transmit cadre de date normale. Se poate dovedi că prin această alegere de porturi active în rețea, buclele sunt eliminate, iar legăturile rămase formează un arbore de acoperire.

Distanța până la rădăcină este definită ca timpul total condiționat pentru transmiterea datelor de la portul unui anumit comutator la portul comutatorului rădăcină. În acest caz, se presupune că timpul transferurilor interne de date (de la port la port) de către comutator este neglijabil și se ia în considerare doar timpul pentru transferul de date de-a lungul segmentelor de rețea care conectează comutatoarele. Timpul segmentului condiționat este calculat ca timpul petrecut pentru transmiterea unui bit de informații în unități de 10 nanosecunde între porturile conectate direct de-a lungul segmentului de rețea. Deci, pentru un segment Ethernet acest timp este egal cu 10 unități convenționale, iar pentru un segment Token Ring de 16 Mb/s - 6,25. (Algoritmul STA nu este asociat cu niciun standard specific de nivel de legătură; poate fi aplicat comutatoarelor care conectează rețele de diferite tehnologii.)

Pentru a determina automat configurația activă inițială a arborelui, toate comutatoarele din rețea, după inițializarea lor, încep să schimbe periodic pachete speciale numite Bridge Protocol Data Units (BPDU), ceea ce reflectă faptul că algoritmul STA a fost dezvoltat inițial pentru poduri.

Pachetele BPDU sunt plasate în câmpul de date al cadrelor din stratul de legătură, cum ar fi cadrele Ethernet sau FDDI. Este de dorit ca toate comutatoarele să suporte o adresă multicast comună, prin care cadrele care conțin pachete BPDU pot fi transmise simultan către toate comutatoarele din rețea. În caz contrar, pachetele BPDU sunt difuzate.

Pachetul BPDU are următoarele câmpuri:

♦ Identificatorul versiunii protocolului STA - 2 octeți. Switch-urile trebuie să accepte aceeași versiune a protocolului STA, altfel poate apărea o configurație activă a buclei.

♦ Tip BPDU - 1 octet. Există două tipuri de BPDU - o configurație BPDU, adică o aplicație pentru posibilitatea de a deveni un comutator rădăcină, pe baza căreia se determină configurația activă și o notificare de reconfigurare BPDU, care este trimisă de un comutator care are a detectat un eveniment care necesită reconfigurare - eșec de legătură, defecțiune de port, schimbare a comutatorului sau priorități de port.

♦ Steaguri - 1 octet. Un bit conține indicatorul de modificare a configurației, al doilea bit conține indicatorul de confirmare a modificării configurației.

♦ ID comutator rădăcină - 8 octeți.

♦ Distanța până la rădăcină - 2 octeți.

♦ Switch ID - 8 octeți.

♦ Port ID - 2 octeți.

♦ Durata de viață a mesajului - 2 octeți. Măsurat în unități de 0,5 s, este folosit pentru a identifica mesajele învechite. Când un pachet BPDU trece printr-un comutator, adaugă timpul în care este întârziat de acel comutator la durata de viață a pachetului.

♦ Durata maximă de viață a mesajului este de 2 octeți. Dacă un pachet BPDU are o durată de viață mai mare decât cea maximă, acesta este ignorat de comutatoare.

♦ Intervalul de salut la care sunt trimise pachetele BPDU.

♦ Întârziere schimbare stare - 2 octeți. Timp minim pentru ca porturile de comutare să treacă la starea activă. Această întârziere este necesară pentru a elimina posibilitatea apariției temporare a rutelor alternative atunci când statele portuare se schimbă nesimultan în timpul reconfigurarii.

Din notificarea de reconfigurare BPDU lipsesc toate câmpurile, cu excepția primelor două.

După inițializare, fiecare comutator se consideră inițial a fi comutatorul rădăcină. Prin urmare, începe să genereze mesaje BPDU de tip configurație prin toate porturile sale la intervalul de salut. În ele, el indică identificatorul său ca identificator al comutatorului rădăcină (și ca acest comutator, de asemenea), distanța până la rădăcină este setată la 0, iar identificatorul portului este identificatorul portului prin care este transmis BPDU. Odată ce un comutator primește o BPDU care are un ID de comutator rădăcină care este mai mic decât al său, acesta încetează să genereze propriile cadre BPDU și începe să transmită numai cadrele noului comutator rădăcină candidat. Când retransmite cadre, crește distanța până la rădăcina specificată în BPDU de intrare cu timpul condiționat al segmentului pe care a fost primit acest cadru.

Când retransmite cadre, fiecare comutator pentru fiecare dintre porturile sale își amintește distanța minimă până la rădăcină întâlnită în toate cadrele BPDU primite de acest port. Când procedura de stabilire a configurației spanning tree este finalizată (în timp), fiecare comutator își găsește portul rădăcină - acesta este portul care este cel mai aproape de rădăcina arborelui decât alte porturi. În plus, comutatoarele selectează un port desemnat pentru fiecare segment de rețea într-o manieră distribuită. Pentru a face acest lucru, își exclud portul rădăcină din considerare și pentru toate porturile rămase compară distanțele minime la rădăcină acceptate pentru ei cu distanța până la rădăcina portului lor rădăcină. Dacă un port de origine are această distanță mai mică decât cele acceptate, înseamnă că este un port desemnat. Toate porturile, cu excepția celor alocate, sunt transferate într-o stare blocată și aceasta completează construcția arborelui de acoperire.

În timpul funcționării normale, comutatorul rădăcină continuă să genereze cadre de serviciu, iar alte comutatoare continuă să le primească pe porturile lor rădăcină și să le transmită către cele desemnate. Dacă comutatorul nu are porturi desemnate, acesta primește în continuare cadre de serviciu pe portul rădăcină. Dacă portul rădăcină nu primește un cadru de serviciu după expirarea timpului de expirare, acesta inițiază o nouă procedură de construcție a arborelui de acoperire.

Modalități de a controla fluxul de cadre

Unii producători folosesc tehnici de control al fluxului de cadre în comutatoarele lor care nu se găsesc în standardele de protocol LAN pentru a preveni pierderea cadrelor din cauza congestiei.

Deoarece pierderile chiar și a unei mici fracțiuni de cadre reduc de obicei semnificativ performanța utilă a rețelei, atunci când comutatorul este supraîncărcat, ar fi rațional să se încetinească rata de sosire a cadrelor de la nodurile terminale la receptorii comutatorului pentru a permite transmițătorilor pentru a-și descărca tampoanele la o rată mai mare. Algoritmul de alternare a cadrelor transmise și recepționate (frame interleave) trebuie să fie flexibil și să permită computerului în situații critice să transmită mai multe proprii pentru fiecare cadru primit, nu reducând neapărat intensitatea recepției la zero, ci pur și simplu reducând-o la nivelul cerut. .

Pentru a implementa un astfel de algoritm, comutatorul trebuie să aibă la dispoziție un mecanism care să reducă intensitatea traficului nodurilor conectate la porturile sale. Unele protocoale LAN, cum ar fi FDDI, Token Ring sau lOOVG-AnyLAN, au capacitatea de a schimba prioritatea portului și, prin urmare, acordă prioritate portului de comutare față de portul computerului. Protocoalele Ethernet și Fast Ethernet nu au această capacitate, așa că producătorii de comutatoare pentru aceste tehnologii foarte populare folosesc două metode de influențare a nodurilor finale.

Aceste tehnici se bazează pe faptul că nodurile finale aderă strict la toți parametrii algoritmului de acces media, dar porturile de comutare nu.

Prima metodă de „frânare” a unui nod final se bazează pe așa-numitul comportament agresiv al portului comutatorului la capturarea mediului după încheierea transmisiei următorului pachet sau după o coliziune.

Comutatorul poate folosi acest mecanism în mod adaptiv, crescându-și agresivitatea după cum este necesar.

Cea de-a doua tehnică pe care o folosesc dezvoltatorii de comutatoare este de a transmite cadre fictive către computer atunci când comutatorul nu are niciun cadru în buffer pentru a transmite printr-un anumit port. În acest caz, comutatorul nu poate încălca parametrii algoritmului de acces, concurând sincer cu nodul final pentru dreptul de a-și transmite cadrul. Deoarece mediul va fi la fel de probabil disponibil fie pentru comutator, fie pentru nodul final, intensitatea transmisiei cadrelor către comutator se va înjumătăți în medie. Această metodă se numește metoda contrapresiunii. Poate fi combinat cu o tehnică agresivă de captură media pentru a suprima și mai mult activitatea nodului final.

Metoda contrapresiunii este folosită nu pentru a descărca buffer-ul procesorului portului conectat direct la nodul suprimat, ci pentru a descărca fie tamponul partajat al comutatorului (dacă se folosește o arhitectură de memorie partajată), fie pentru a descărca buffer-ul procesorului altui port. la care acest port îi transmite cadrele . În plus, metoda contrapresiunii poate fi utilizată în cazurile în care procesorul de port nu este proiectat să suporte traficul maxim posibil pentru protocol. Unul dintre primele exemple de utilizare a metodei contrapresiunii este legat tocmai de un astfel de caz - metoda a fost folosită de LANNET în modulele LSE-1 și LSE-2, concepute pentru comutarea traficului Ethernet cu o intensitate maximă de 1 Mb. /s și, respectiv, 2 Mb/s.

Capabilitățile de filtrare a traficului ale comutatoarelor

Multe comutatoare permit administratorilor să specifice condiții suplimentare de filtrare a cadrelor în plus față de condițiile standard de filtrare a cadrelor pe baza informațiilor din tabelul de adrese. Filtrele personalizate sunt concepute pentru a crea bariere suplimentare pentru cadre care limitează accesul anumitor grupuri de utilizatori la anumite servicii de rețea.

Dacă comutatorul nu acceptă protocoale de rețea și nivel de transport, în care există câmpuri care indică serviciului căruia îi aparțin pachetele transmise, atunci administratorul trebuie să definească câmpul după valoarea căruia să filtreze, sub forma unui „offset- dimensiune” pereche relativ la începutul câmpului de date al cadrului stratului de legătură. Prin urmare, de exemplu, pentru a interzice unui anumit utilizator să-și imprime documentele pe un anumit server de imprimare NetWare, administratorul trebuie să cunoască poziția câmpului „număr socket” în pachetul IPX și valoarea acestui câmp pentru imprimare. serviciu și, de asemenea, cunoașteți adresa MAC computerul utilizatorului și serverul de imprimare.

De obicei, condițiile de filtrare sunt scrise ca expresii booleene formate folosind operatorii logici AND și OR.

Impunerea unor condiții suplimentare de filtrare poate reduce performanța comutatorului, deoarece evaluarea expresiilor booleene necesită calcule suplimentare de către procesoarele de porturi.

Pe lângă condițiile generale, comutatoarele pot suporta condiții speciale de filtrare. Unul dintre tipurile foarte populare de filtre speciale sunt filtrele care creează segmente virtuale.

Filtrul folosit de mulți producători pentru a proteja rețelele construite pe comutatoare este și el special.

Comutare din mers sau tamponată

Capacitatea de a implementa funcții suplimentare este afectată semnificativ de metoda de transmitere a pachetelor - „din zbor” sau cu buffering. După cum arată următorul tabel, cea mai avansată funcționalitate a comutatorului necesită ca cadrele să fie complet tamponate înainte de a fi trimise prin portul de destinație în rețea.

Latența medie a comutatoarelor care funcționează „din zbor” sub sarcină mare se explică prin faptul că, în acest caz, portul de ieșire este adesea ocupat cu primirea unui alt pachet, astfel încât pachetul nou sosit pentru acest port trebuie încă să fie tamponat.

Un comutator care funcționează din mers poate verifica incorectitudinea cadrelor transmise, dar nu poate elimina un cadru prost din rețea, deoarece unii dintre octeții săi (și, de regulă, majoritatea) au fost deja transmisi în rețea. În același timp, sub sarcină ușoară, un comutator care funcționează din mers reduce semnificativ latența de transmisie a cadrelor, ceea ce poate fi important pentru traficul sensibil la întârziere. Prin urmare, unii producători, cum ar fi Cisco, utilizează un mecanism pentru schimbarea adaptivă a modului de funcționare a comutatorului. Modul principal al unui astfel de comutator este comutarea din mers, dar comutatorul monitorizează în mod constant traficul și atunci când intensitatea cadrelor proaste depășește un anumit prag, trece în modul de tamponare completă.

Utilizarea diferitelor clase de servicii

Această caracteristică permite administratorului să atribuie diferite priorități de procesare diferitelor tipuri de cadre. În acest caz, comutatorul acceptă mai multe cozi de cadre brute și poate fi configurat, de exemplu, astfel încât să transmită un pachet cu prioritate scăzută pentru fiecare 10 pachete cu prioritate ridicată. Această caracteristică poate fi utilă în special pe liniile cu viteză redusă și în aplicațiile care au cerințe diferite de latență.

Deoarece nu toate protocoalele de nivel de legătură acceptă un câmp de prioritate a cadrului, de exemplu cadrele Ethernet nu au unul, comutatorul trebuie să folosească un mecanism suplimentar pentru a asocia un cadru cu prioritatea sa. Cea mai obișnuită modalitate este de a atribui prioritate porturilor de comutare. Cu această metodă, comutatorul plasează cadrul într-o coadă de cadre cu prioritate corespunzătoare, în funcție de portul prin care a intrat cadrul în comutator. Metoda este simplă, dar nu suficient de flexibilă - dacă nu un nod individual, ci un segment este conectat la un port de comutare, atunci toate nodurile din segment primesc aceeași prioritate. Un exemplu de abordare bazată pe porturi pentru atribuirea clasei de serviciu este tehnologia PACE de la 3Com.

Este mai flexibil să atribuiți priorități adreselor MAC ale gazdei, dar această metodă necesită multă muncă manuală din partea administratorului.

Suport pentru rețea virtuală

Pe lângă scopul său principal - creșterea capacității de comunicații în rețea - comutatorul vă permite să localizați fluxurile de informații în rețea, precum și să controlați și să gestionați aceste fluxuri folosind filtre de utilizator. Cu toate acestea, un filtru personalizat poate interzice transmiterea cadrelor numai către anumite adrese și transmite traficul de difuzare către toate segmentele de rețea. Acest lucru este cerut de algoritmul de operare a podului, care este implementat în comutator, astfel încât rețelele create pe baza de poduri și comutatoare sunt uneori numite plate - din cauza absenței barierelor în calea traficului de difuzare.

Tehnologia rețelei virtuale (Virtual LAN, VLAN) vă permite să depășiți această limitare.

O rețea virtuală este un grup de noduri de rețea al căror trafic, inclusiv traficul de difuzare, este complet izolat la nivelul legăturii de date de alte noduri de rețea. Aceasta înseamnă că cadrele nu pot fi transmise între diferite segmente virtuale pe baza unei adrese de nivel de legătură, indiferent de tipul de adresă - unică, multicast sau broadcast. În același timp, în cadrul unei rețele virtuale, cadrele sunt transmise folosind tehnologia de comutare, adică numai către portul care este asociat cu adresa de destinație a cadrului.

Se spune că o rețea virtuală formează un domeniu de trafic de difuzare, similar domeniului de coliziune format de repetitoarele Ethernet.

Scopul tehnologiei rețelei virtuale este de a facilita procesul de creare a rețelelor independente, care trebuie apoi să comunice folosind protocoale de nivel de rețea. Pentru a rezolva această problemă, înainte de apariția tehnologiei rețelei virtuale, s-au folosit repetoare separate, fiecare dintre acestea formand o rețea independentă. Aceste rețele au fost apoi conectate prin routere într-o singură rețea de internet.

Atunci când compoziția segmentelor se modifică (un utilizator se mută într-o altă rețea, împărțind segmente mari), această abordare necesită reconectarea fizică a conectorilor de pe panourile frontale ale repetoarelor sau în panourile de încrucișare, ceea ce nu este foarte convenabil în rețelele mari - o mulțime de probleme fizice. funcționează și există o mare probabilitate de eroare.

Prin urmare, pentru a elimina necesitatea unei re-comutații fizice, au început să fie utilizate repetoare cu mai multe segmente. În cele mai avansate modele de astfel de repetoare, alocarea unui port separat oricăruia dintre segmentele interne se face prin programare, de obicei folosind o interfață grafică convenabilă. Exemple de astfel de repetoare includ hub-ul Distributed 5000 de la Bay Networks și hub-ul PortSwitch de la 3Com. Alocarea software a unui port unui segment este adesea numită comutare statică sau de configurare.

Cu toate acestea, rezolvarea problemei modificării compoziției segmentelor folosind repetoare impune unele restricții asupra structurii rețelei - numărul de segmente ale unui astfel de repetor este de obicei mic, astfel încât atribuirea fiecărui nod propriului segment, așa cum se poate face folosind un comutator, este nerealist. Prin urmare, rețelele construite cu repetoare de configurare comutată se bazează încă pe împărțirea mediului de transmisie a datelor între un număr mare de noduri și, prin urmare, au performanțe mult mai scăzute în comparație cu rețelele construite cu comutatoare.

Când utilizați tehnologia rețelei virtuale în comutatoare, două sarcini sunt rezolvate simultan:

♦ performanță crescută în fiecare dintre rețelele virtuale, deoarece comutatorul transmite cadre într-o astfel de rețea doar către nodul destinație;

♦ izolarea rețelelor unele de altele pentru a gestiona drepturile de acces ale utilizatorilor și pentru a crea bariere de protecție împotriva furtunilor de difuzare.

Conectarea rețelelor virtuale la Internet necesită implicarea stratului de rețea. Poate fi implementat într-un router separat sau poate funcționa și ca parte a software-ului de comutare.

Tehnologia de creare și operare a rețelelor virtuale folosind comutatoare nu a fost încă standardizată, deși este implementată într-o gamă foarte largă de modele de comutatoare de la diferiți producători. Situația se poate schimba în curând dacă standardul 802.1Q, dezvoltat în cadrul Institutului SEE, va fi adoptat.

Din cauza lipsei unui standard, fiecare producător are propria tehnologie de rețea virtuală, care, de regulă, este incompatibilă cu tehnologia altor producători. Prin urmare, rețelele virtuale pot fi create deocamdată pe echipamente de la un producător. Singurele excepții sunt rețelele virtuale construite pe baza specificației LANE (LAN Emulation), concepute pentru a asigura interacțiunea comutatoarelor ATM cu echipamentele tradiționale ale rețelei locale.

Când se creează rețele virtuale bazate pe un singur comutator, se folosește de obicei un mecanism de grupare a porturilor de comutare într-o rețea.

Acest lucru este logic, deoarece rețelele virtuale construite pe baza unui comutator nu pot avea mai mult de porturi. Dacă un segment construit pe un repetor este conectat la un port, atunci nu are sens să includeți noduri ale unui astfel de segment în diferite rețele virtuale - traficul acestor noduri va fi în continuare comun.

Crearea de rețele virtuale pe baza grupării de porturi nu necesită o cantitate mare de muncă manuală din partea administratorului - este suficient să atribuiți fiecare port mai multor rețele virtuale pre-numite. În mod obișnuit, această operațiune este efectuată prin tragerea mouse-ului peste pictogramele de port pe pictogramele de rețea.

A doua metodă, care este folosită pentru a forma rețele virtuale, se bazează pe gruparea adreselor MAC. Dacă există un număr mare de noduri în rețea, această metodă necesită un număr mare de operații manuale de la administrator. Cu toate acestea, se dovedește a fi mai flexibil atunci când se construiește rețele virtuale bazate pe mai multe switch-uri decât metoda de grupare a portului.

Problema care apare la crearea rețelelor virtuale bazate pe mai multe switch-uri care suportă tehnica de grupare a portului este următoarea: dacă nodurile unei rețele virtuale sunt conectate la diferite switch-uri, atunci trebuie alocată propria pereche de porturi pentru a conecta switch-urile fiecăruia. o astfel de rețea. În caz contrar, dacă comutatoarele sunt conectate printr-o singură pereche de porturi, informațiile despre proprietatea unui cadru dintr-o anumită rețea virtuală se vor pierde atunci când sunt transmise de la comutator la comutator. Astfel, comutatoarele de trunking de porturi necesită la fel de multe porturi pentru conexiunea lor, cât numărul de rețele virtuale pe care le suportă. Porturile și cablurile sunt folosite foarte risipitor cu această metodă. În plus, la conectarea rețelelor virtuale printr-un router, pentru fiecare rețea virtuală este alocat un cablu separat, ceea ce face dificilă cablarea verticală, mai ales dacă nodurile rețelei virtuale sunt prezente pe mai multe etaje.

Gruparea adreselor MAC într-o rețea pe fiecare comutator elimină nevoia de porturi multiple pentru a le conecta, dar necesită multă muncă manuală pentru a marca adresele MAC pe fiecare comutator din rețea.

Cele două abordări descrise se bazează doar pe adăugarea de informații suplimentare la tabelele de adrese de punte și nu folosesc posibilitatea de a încorpora informații despre apartenența cadrului într-o rețea virtuală în cadrul transmis. Alte abordări folosesc câmpuri de cadre existente sau suplimentare pentru a păstra informațiile și proprietatea asupra cadrelor pe măsură ce se deplasează între comutatoarele de rețea. În acest caz, nu este nevoie să ne amintim în fiecare comutator că toate adresele MAC ale Internetului aparțin rețelelor virtuale.

Dacă se folosește un câmp suplimentar marcat cu un număr de rețea virtuală, atunci acesta este utilizat numai atunci când cadrul este transferat de la comutator la comutator, iar când cadrul este transferat la nodul final, acesta este eliminat. În acest caz, protocolul de interacțiune switch-to-switch este modificat, dar software-ul și hardware-ul nodurilor finale rămân neschimbate. Există multe exemple de astfel de protocoale proprietare, dar au un dezavantaj comun - nu sunt acceptate de alți producători. Cisco a propus utilizarea antetului de protocol 802.10 ca o completare standard la cadrele oricăror protocoale de rețea locală, concepute pentru a susține funcțiile de securitate ale rețelelor de calculatoare. Compania însăși folosește această metodă în cazurile în care comutatoarele sunt interconectate folosind protocolul FDDI. Cu toate acestea, această inițiativă nu a fost susținută de alți producători de top de switch-uri, așa că până la adoptarea standardului 802.1Q, protocoalele de etichetare a rețelei virtuale vor prevala.

Există două modalități de a construi rețele virtuale care folosesc câmpuri existente pentru a marca proprietatea unui cadru de rețea virtuală, dar aceste câmpuri nu aparțin cadrelor de protocol de canal, ci pachetelor de nivel de rețea sau celulelor tehnologiei ATM.

În primul caz, rețelele virtuale sunt formate pe baza adreselor de rețea, adică aceleași informații care sunt folosite la construirea rețelelor de internet în mod tradițional - folosind rețele separate fizic conectate la diferite porturi ale routerului.

Când o rețea virtuală este formată pe baza numerelor de rețea, fiecărui port de comutare i se atribuie unul sau mai multe numere de rețea, de exemplu, numere de rețea IP. Fiecare număr de rețea IP corespunde unei rețele virtuale. Nodurile finale trebuie să accepte și protocolul IP în acest caz. La transmiterea cadrelor între nodurile aparținând aceleiași rețele virtuale, nodurile finale trimit date direct la adresa MAC a nodului destinație și indică adresa IP a rețelei lor virtuale în pachetul stratului de rețea. Comutatorul în acest caz transmite cadre pe baza adresei MAC de destinație din tabelul de adrese, verificând în același timp valabilitatea transmisiilor prin potrivirea numărului de rețea IP al pachetului conținut în cadru și adresa IP a portului de destinație găsit în tabelul de adrese. . Când un cadru este transferat de la un comutator la altul, adresa sa IP este transferată împreună cu cadrul, ceea ce înseamnă că comutatoarele pot fi conectate cu o singură pereche de porturi pentru a suporta rețele virtuale distribuite între mai multe switch-uri.

În cazul în care este necesar un schimb de informații între noduri aparținând unor rețele virtuale diferite, nodul final funcționează în același mod ca și când s-ar afla în rețele separate de un router obișnuit. Gazda de destinație redirecționează cadrul către routerul implicit cu adresa sa MAC în cadru și adresa IP a gazdei de destinație în pachetul stratului de rețea. Routerul implicit ar trebui să fie unitatea internă a comutatorului, care are o anumită adresă MAC și o adresă IP, la fel ca un router tradițional. În plus, trebuie să aibă un tabel de rutare care specifică portul de ieșire pentru toate numerele de rețea care există pe internetul general.

Spre deosebire de routerele tradiționale, în care fiecare port are un număr de rețea diferit, comutatoarele care acceptă protocolul de rețea pentru formarea rețelelor virtuale atribuie același număr de rețea mai multor porturi. În plus, același port poate fi asociat cu mai multe numere de rețea dacă comutatoarele comunică prin intermediul acestuia.

Comutatoarele nu acceptă adesea caracteristicile de construcție automată a tabelului de rutare care sunt acceptate de protocoalele de rutare precum RIP sau OSPF. Aceste comutatoare sunt numite comutatoare Layer 3 pentru a sublinia diferența lor față de routerele tradiționale. Când utilizați comutatoarele de nivel 3, tabelele de rutare sunt fie create manual de către administrator (acest lucru este adesea acceptabil cu un număr mic de rețele virtuale și o rută implicită către un router cu drepturi depline) sau încărcate de pe router. Conform ultimei scheme, comutatorul Catalist 5000 de la Cisco interacționează cu routerele de la aceeași companie.

Dacă comutatorul nu acceptă funcțiile stratului de rețea, atunci rețelele sale virtuale pot fi combinate numai folosind un router extern. Unele companii produc routere speciale pentru utilizare împreună cu comutatoare. Un exemplu de astfel de router este routerul Vgate de la RND.

Acest router are un singur port fizic pentru a comunica cu portul switch-ului, dar acest port poate suporta până la 64 de adrese MAC, permițând routerului să agrega până la 64 de rețele virtuale.

Ultima metodă de organizare a rețelelor virtuale este asociată cu utilizarea comutatoarelor ATM în rețea. Această metodă se bazează pe utilizarea unei conexiuni virtuale separate pentru a transmite cadre pentru fiecare rețea virtuală prin comutatoarele ATM.

Managementul rețelei comutate

Comutatoarele sunt dispozitive multifuncționale complexe care joacă un rol critic în rețelele moderne. Prin urmare, suportul pentru funcțiile de monitorizare și management centralizate implementate de protocolul SNMP și agenții asociați este aproape obligatoriu pentru toate clasele de switch-uri (cu excepția, poate, switch-urilor desktop concepute pentru a funcționa în rețele foarte mici).

Pentru a sprijini gestionarea SNMP, comutatoarele au un modul de gestionare care conține un agent care menține o bază de date cu informații de gestionare. Acest modul rulează adesea pe un procesor puternic separat, pentru a nu încetini operațiunile principale ale comutatorului.

Monitorizarea traficului

Deoarece supraîncărcările procesoarelor de porturi și ale altor elemente de procesare a comutatorului pot duce la pierderi de cadre, monitorizarea distribuției traficului într-o rețea bazată pe switch este foarte importantă.

Cu toate acestea, dacă comutatorul în sine nu are un agent separat pentru fiecare dintre porturile sale, atunci sarcina de monitorizare a traficului, rezolvată în mod tradițional în rețelele cu media partajată prin instalarea unui analizor de protocol extern în rețea, devine foarte complicată.

În mod tradițional, în rețelele tradiționale, un analizor de protocol (cum ar fi Network General's Sniffer) se conectează la un port liber de pe hub și va vedea tot traficul care trece între nodurile din rețea.

Dacă conectați un analizor de protocol la un port liber al comutatorului, atunci acesta nu va vedea aproape nimic, deoarece nimeni nu va transmite cadre la acesta și nici cadrele altcuiva nu vor fi trimise la portul său. Singurul tip de trafic pe care analizorul îl va vedea este traficul pachetelor de difuzare care vor fi transmise către toate nodurile rețelei. În cazul în care rețeaua este împărțită în rețele virtuale, analizatorul de protocol va vedea doar traficul de difuzare al rețelei sale virtuale.

Pentru a se asigura că analizatoarele de protocol pot fi utilizate în continuare pe rețelele comutate, producătorii de comutatoare oferă dispozitivelor lor capacitatea de a oglindi traficul de la orice port pe un port special. Un analizor de protocol este conectat la un port special, apoi o comandă este emisă comutatorului prin modulul său de gestionare SNMP pentru a mapa traficul oricărui port către portul special.

Prezența funcției de oglindire a porturilor rezolvă parțial problema, dar lasă câteva întrebări. De exemplu, cum să vizualizați traficul a două porturi simultan sau cum să vizualizați traficul unui port care funcționează în modul full duplex.

O modalitate mai fiabilă de a monitoriza traficul care trece prin porturile switch-ului este înlocuirea analizorului de protocol cu agenți RMON MIB pentru fiecare port switch.

Agentul RMON îndeplinește toate funcțiile unui analizor de protocoale bun pentru protocoalele Ethernet și Token Ring, colectând informații detaliate despre intensitatea traficului, diferite tipuri de cadre proaste, cadre pierdute și construind independent serii de timp pentru fiecare parametru înregistrat. În plus, agentul RMON poate construi independent matrici de trafic încrucișat între nodurile de rețea, care sunt foarte necesare pentru analiza eficienței comutatorului.

Deoarece agentul RMON care implementează toate cele 9 grupuri de obiecte Ethernet este destul de scump, producătorii implementează adesea doar primele câteva grupuri de MIB-uri RMON pentru a reduce costul comutatorului.

Managementul rețelei virtuale

Rețelele virtuale reprezintă provocări pentru sistemele tradiționale de management bazate pe SNMP, atât la crearea lor, cât și la monitorizarea funcționării lor.

De regulă, crearea rețelelor virtuale necesită software special de la producător, care rulează pe o platformă de sistem de management, cum ar fi, de exemplu, HP Open View. Platformele sistemului de control în sine nu pot suporta acest proces, în principal din cauza lipsei unui standard pentru rețelele virtuale. Se speră că apariția standardului 802.1Q va schimba situația în acest domeniu.

Monitorizarea rețelelor virtuale pune, de asemenea, provocări pentru sistemele tradiționale de management. Atunci când se creează o hartă a rețelei care include rețele virtuale, este necesar să se afișeze atât structura fizică a rețelei, cât și structura sa logică corespunzătoare conexiunilor nodurilor individuale ale rețelei virtuale. În același timp, la solicitarea administratorului, sistemul de control trebuie să poată afișa corespondența conexiunilor logice și fizice din rețea, adică toate căile sau căile individuale ale rețelelor virtuale trebuie să fie afișate pe un canal fizic.

Din păcate, multe sisteme de management fie nu afișează deloc rețele virtuale, fie o fac într-un mod foarte incomod pentru utilizator.

Scheme tipice de utilizare a comutatoarelor

Comutator sau hub?

Atunci când se construiesc rețele mici care alcătuiesc nivelul inferior al ierarhiei unei rețele corporative, problema utilizării unuia sau altuia dispozitiv de comunicare se rezumă la problema alegerii între un hub sau un comutator.

Există mai mulți factori de luat în considerare atunci când răspundeți la această întrebare. Desigur, costul pe port pe care trebuie să-l plătiți atunci când alegeți un dispozitiv nu are o importanță mică. Din motive tehnice, primul lucru de luat în considerare este

distribuția uniformă a traficului între nodurile rețelei. În plus, este necesar să se țină cont de perspectivele de dezvoltare a rețelei: dacă aplicațiile multimedia vor fi utilizate în curând, dacă baza de calculatoare va fi modernizată. Dacă da, atunci este necesar astăzi să se asigure rezerve pentru debitul echipamentului de comunicații utilizat. Utilizarea tehnologiei intranet duce și la creșterea volumului de trafic care circulă în rețea, iar acest lucru trebuie luat în considerare și la alegerea unui dispozitiv.

Atunci când alegeți tipul de dispozitiv - hub sau comutator - trebuie să determinați și tipul de protocol pe care îl vor suporta porturile sale (sau protocoale, dacă vorbim despre un comutator, deoarece fiecare port poate suporta un protocol separat).

Astăzi, alegerea se face între două protocoale de viteză - 10 Mb/s și 100 Mb/s. Prin urmare, atunci când se compară aplicabilitatea unui hub sau switch, este necesar să se ia în considerare un hub cu porturi de 10 Mb/s, un hub cu porturi de 100 Mb/s și mai multe opțiuni de comutare cu diferite combinații de viteze pe porturile sale.

Folosind tehnica matricei de trafic încrucișat pentru a analiza performanța unui comutator, puteți evalua dacă un comutator cu capacități de porturi cunoscute și performanță generală poate suporta traficul de rețea specificat de matricea de intensitate medie a traficului.

Să luăm acum în considerare această tehnică pentru a răspunde la întrebarea aplicabilității unui comutator într-o rețea cu un server și mai multe stații de lucru care interacționează numai cu serverul. Această configurație de rețea se găsește adesea în rețelele de grup de lucru, în special în rețelele NetWare, unde shell-urile client standard nu pot comunica între ele.

Matricea de trafic încrucișat pentru o astfel de rețea are o formă degenerată. Dacă serverul este conectat, de exemplu, la portul 4, atunci doar al 4-lea rând al matricei și a 4-a coloană a matricei vor avea valori diferite de zero. Aceste valori corespund traficului de ieșire și de intrare al portului la care este conectat serverul. Prin urmare, condițiile de aplicabilitate a unui comutator pentru o anumită rețea sunt reduse la capacitatea de a transmite tot traficul de rețea prin portul de comutare la care este conectat serverul.

Dacă comutatorul are toate porturile cu aceeași lățime de bandă, de exemplu, 10 Mb/s, atunci în acest caz lățimea de bandă a portului de 10 Mb/s va fi distribuită între toate computerele din rețea. Capacitatea comutatorului de a crește debitul general al rețelei se dovedește a fi nerevendicată pentru această configurație. În ciuda micro-segmentării rețelei, debitul acesteia este limitat de debitul de protocol al unui singur port, așa cum este cazul unui hub cu porturi de 10 Mbps. Un mic câștig la utilizarea unui comutator va fi obținut doar prin reducerea numărului de coliziuni - în loc de coliziuni, cadrele vor fi pur și simplu puse în coadă la transmițătorul portului de comutare la care este conectat serverul.

Pentru ca comutatorul să funcționeze mai eficient în rețelele cu un server dedicat, producătorii de switch-uri produc modele cu un port de mare viteză de 100 Mb/s pentru conectarea unui server și mai multe porturi de viteză redusă de 10 Mb/s pentru conectarea stațiilor de lucru. În acest caz, 100 Mb/s sunt distribuite între stațiile de lucru, ceea ce face posibilă deservirea a 10 - 30 de stații în regim neblocant, în funcție de intensitatea traficului pe care îl generează.

Cu toate acestea, un astfel de comutator poate fi concurat de un hub care acceptă un protocol de 100 Mb/s, cum ar fi Fast Ethernet. Costul său pe port va fi puțin mai mic decât costul pe port al unui switch cu un port de mare viteză, iar performanța rețelei este aproximativ aceeași.

Evident, alegerea unui dispozitiv de comunicație pentru o rețea cu un server dedicat este destul de complicată. Pentru a lua o decizie finală, trebuie să țineți cont de perspectivele de dezvoltare a rețelei în legătură cu deplasarea către un trafic echilibrat. Dacă interacțiunea dintre stațiile de lucru sau un al doilea server poate apărea în curând în rețea, atunci alegerea trebuie făcută în favoarea unui comutator care poate suporta trafic suplimentar fără a-l compromite pe cel principal.

Factorul distanță poate juca, de asemenea, în favoarea comutatorului - utilizarea comutatoarelor nu limitează diametrul maxim al rețelei la 2500 m sau 210 m, care determină dimensiunea domeniului de coliziune atunci când se utilizează hub-uri Ethernet și Fast Ethernet.

Comutator sau router?

Când se construiesc nivelurile superioare, coloana vertebrală, ale ierarhiei rețelei corporative, problema alegerii este formulată diferit - comutator sau router?

Comutatorul transmite traficul între nodurile de rețea mai rapid și mai ieftin, dar routerul filtrează mai inteligent traficul atunci când se conectează la rețele, fără a lăsa să treacă pachetele inutile sau proaste și, de asemenea, protejând în mod fiabil rețelele de furtunile de difuzare.

Deoarece comutatoarele de nivel enterprise pot suporta unele caracteristici la nivel de rețea, se face din ce în ce mai mult alegerea de a comuta. În acest caz, se folosește și routerul, dar deseori rămâne într-o singură copie în rețeaua locală. Acest router servește de obicei pentru a conecta rețeaua locală cu cele globale și pentru a combina rețele virtuale construite folosind comutatoare.

În centrul rețelelor clădirilor și etajului, comutatoarele sunt din ce în ce mai utilizate, deoarece numai prin utilizarea lor este posibilă transmiterea mai multor gigabiți de informații pe secundă la un preț accesibil.

Trunk tras într-un punct de un comutator

Cu toată varietatea de diagrame structurale ale rețelelor construite pe comutatoare, toate folosesc două structuri de bază - o coloană vertebrală trasă la un punct și o coloană vertebrală distribuită. Pe baza acestor structuri de bază, sunt apoi construite o varietate de structuri de rețea specifice.

O coloană vertebrală prăbușită este o structură în care uniunea de noduri, segmente sau rețele are loc pe coloana vertebrală internă a comutatorului.

Avantajul acestei structuri este performanța ridicată a autostrăzii. Deoarece nu este neobișnuit ca un comutator să aibă o performanță de câțiva Gb/s a unei magistrale interne sau a unui circuit de memorie partajată care combină module de porturi, coloana vertebrală a rețelei poate fi foarte rapidă, iar viteza sa nu depinde de protocoalele utilizate în rețeaua și poate fi mărită prin înlocuirea unui model de comutator cu altul.

O caracteristică pozitivă a acestei scheme este nu numai viteza mare a autostrăzii, ci și independența sa de protocol. Pe coloana vertebrală internă a comutatorului, datele din diferite protocoale, cum ar fi Ethernet, FDDI și Fast Ethernet, pot fi transmise simultan într-un format independent. Conectarea unui nou nod cu un nou protocol adesea nu necesită înlocuirea comutatorului, ci pur și simplu adăugarea unui modul de interfață adecvat care acceptă acel protocol.

Dacă doar un nod este conectat la fiecare port de comutare într-o astfel de schemă, atunci o astfel de schemă va corespunde unei rețele micro-segmentate.

Coloane vertebrale distribuite pe comutatoare

În rețelele de clădiri mari sau campusuri, utilizarea unei structuri cu coloana vertebrală prăbușită nu este întotdeauna rațională sau posibilă. Această structură are ca rezultat sisteme extinse de cablare care conectează nodurile finale sau comutatoarele rețelelor grupurilor de lucru la comutatorul central, a cărui magistrală este coloana vertebrală a rețelei. Densitatea mare a cablurilor și costul lor ridicat limitează utilizarea unui backbone punct la punct în astfel de rețele. Uneori, în special în rețelele de campus, pur și simplu nu este posibil să grupați toate cablurile într-o singură cameră din cauza limitărilor de lungime a conexiunii impuse de tehnologie (de exemplu, toate implementările tehnologiilor LAN cu perechi răsucite limitează lungimea cablului la 100 m).

Prin urmare, în rețelele locale care acoperă teritorii mari, este adesea folosită o altă opțiune pentru construirea unei rețele - cu o coloană vertebrală distribuită.

O coloană vertebrală distribuită este un segment de rețea partajat care acceptă un protocol specific, la care sunt conectate comutatoarele rețelelor de grupuri de lucru și departamente. În exemplu, coloana vertebrală distribuită este construită pe baza unui inel FDDI dublu, la care sunt conectate comutatoarele de podea. Switch-urile de podea au un număr mare de porturi Ethernet, al căror trafic este tradus în trafic de protocol FDDI, deoarece este transmis de-a lungul coloanei vertebrale de la etaj la etaj.

Conexiunea centrală distribuită simplifică conexiunile între etaje, reduce costurile de cablare și depășește limitările de distanță.

Cu toate acestea, viteza portbagajului în acest caz va fi semnificativ mai mică decât viteza portbagajului pe magistrala internă a comutatorului. Mai mult, această viteză este fixă și în prezent nu depășește 100 Mb/s. Prin urmare, o coloană vertebrală distribuită poate fi utilizată numai atunci când intensitatea traficului între etaje sau clădiri este scăzută.

Schimbați modelele

Piața comutatoarelor de astăzi este foarte vastă, așa că în această scurtă recenzie ne vom concentra doar pe câteva modele populare de comutatoare de diferite clase. În mod obișnuit, comutatoarele sunt împărțite în primul rând în clase în funcție de zonele lor de aplicare - comutatoare desktop, comutatoare pentru grupuri de lucru, comutatoare departamentale și backbone (comutatoare pentru întreprindere). Fiecare clasă de comutatoare are propriile sale caracteristici distinctive.

Comutatoare desktop

♦ Număr fix de porturi;

♦ Toate porturile funcționează la aceeași viteză;

♦ Folosit pentru a organiza conexiuni peer-to-peer ale stațiilor de lucru de mare viteză;

♦ Mod de comutare - „în zbor”;

♦ Cel mai adesea nu conțin un modul de gestionare SNMP și, de asemenea, nu acceptă algoritmul Spanning Tree.

Exemplu: 3Com LinkSwitch 500.

Comutatoare pentru grupuri de lucru

♦ Să aibă cel puțin 1 port de mare viteză (FDDI, Fast Ethernet, ATM);

♦ Protocoale de difuzare;

♦ De regulă, acestea sunt gestionate prin SNMP și suportă algoritmul Spanning Tree;

♦ Mod de comutare - cu buffering.

Exemple: familia 3Com LinkSwitch (cu excepția modelului 500), SMC TigerSwitch XE, comutator pentru grup de lucru Ethernet Bay Networks.

Comutatoare departamentale și pentru centre de date

♦ Design modular;

♦ Suporta mai multe protocoale;

♦ Toleranță la erori încorporată:

♦ surse de alimentare redundante;

♦ module hot-swap.

♦ Filtre personalizate;

♦ Suport pentru segmente virtuale;

Exemple: 3Com LANplex 2500, SMC ES/1, Bay Networks Lattis-Switch System 28115.

Comutatoare pentru clădire/campus

♦ Aceleași proprietăți ca și comutatoarele departamentale;

♦ Șasiu cu un număr mare de sloturi (10 - 14);

♦ Lățime de bandă internă 1 - 10 Gb/s;

♦ Suport pentru 1-2 protocoale de rutare (interfețe locale) pentru formarea rețelelor virtuale.

Exemple: 3Com LANplex 6000, Cabletron MIAC Plus, LANNET LET-36, Cisco Catalist 5000, Bay Networks System 5000.

Comutatoare Cisco Systems Catalyst

Comutatorul Catalyst 5000 este modelul de top din familia Catalyst. Aceasta este o platformă de comutare modulară, multistrat, care oferă un nivel ridicat de performanță, oferind posibilitatea de a crea conexiuni dedicate într-o rețea Ethernet la viteze de 10 și 100 Mb/s și de a organiza interacțiunea cu rețelele FDDI și ATM.

Șasiul Catalyst 5000 are 5 sloturi. Un modul de control Supervisor Engine este instalat într-un singur slot, care controlează accesul la matricea comutată, care are capacitatea de a comuta mai mult de 1 milion de pachete pe secundă. Modulul acceptă funcții de management local și de la distanță și are două porturi Fast Ethernet care pot fi utilizate pentru a conecta servere de rețea sau dispozitive Catalyst 5000 în cascadă. Conectorii rămași pot fi utilizați pentru a instala următoarele module:

♦ 24 porturi 10Base-T;

♦ 12 porturi 10Base-FL;

♦ 12 porturi 100Base-TX;

♦ 12 porturi 100Base-FX;

♦ 1 port DAS CDDI/FDDI (nu mai mult de 3 module în șasiu);

♦ 1 port ATM 155 Mb/s (nu mai mult de 3 module în șasiu).

Un singur dispozitiv Catalyst 5000 poate suporta până la 96 de porturi Ethernet comutate și până la 50 de porturi Fast Ethernet comutate.

Formarea rețelelor virtuale este suportată atât în cadrul unui dispozitiv Catalyst 5000, cât și pentru mai multe dispozitive bazate pe gruparea de porturi. Puteți crea până la 1.000 de rețele virtuale pe mai multe dispozitive Catalyst 5000 conectate prin Fast Ethernet, CDDI/FDDI sau interfețe ATM. Orice interfață Fast Ethernet poate fi configurată ca interfață InterSwitch Link (ISL) pentru a suporta mai multe rețele virtuale. Interfața ISL este o soluție proprietară de la Cisco pentru transmiterea de informații despre rețelele virtuale între switch-uri.

Toate rețelele virtuale acceptă protocolul IEEE 802.Id Spanning Tree pentru a oferi conexiuni tolerante la erori. Când utilizați interfața ATM pentru a conecta comutatoare, rețeaua virtuală este acceptată pe baza specificației LANE prin conexiuni virtuale. Interfața FDDI acceptă rețele virtuale folosind specificația 802.10.

O caracteristică distinctivă a comutatoarelor Catalyst este că efectuează comutarea la nivelul 3 al modelului OSI, ceea ce vă permite să combinați rețele virtuale în cadrul dispozitivului (acest lucru necesită software suplimentar).

Modulul de gestionare a comutatorului acceptă trei niveluri de cozi de cadre cu priorități diferite, cu priorități atribuite fiecărui port separat. Acest lucru vă permite să serviți eficient traficul multimedia.

Un buffer mare (192 KB per port) asigură stocarea și transmiterea informațiilor în timpul sarcinilor de vârf.

Sistemul Catalyst 3000 este implementarea originală a arhitecturii stivei pentru comutatoare. Această arhitectură este susținută de două tipuri de dispozitive:

♦ Switch Catalyst 3000 cu 16 porturi 10Base-T, un port AUI și două sloturi de expansiune. Modulele de expansiune pot avea fie 1 port 100Base-TX, 3 porturi 10Base-FL, 4 porturi 10Base-T sau 1 port ATM. Portul de monitorizare reflectă orice port de date către un port extern.

♦ Catalyst Matrix - o matrice de comutare cu 8 porturi care poate fi utilizată pentru a stivui până la 8 comutatoare Catalyst 3000 pentru a crea un singur centru de comutare.

Switch-urile Catalyst 3000 se conectează la Catalyst Matrix prin porturi dedicate de 280 Mb/s. Performanța magistralei Catalyst Matryx este de 3,84 Gb/s.

Comutatorul rulează IOS și folosește doi algoritmi de comutare - cut-throw și store-and-forward.

Stack-ul Catalyst 3000 acceptă până la 64 de rețele virtuale și permite filtrarea traficului după adresele sursă și destinație. Numărul maxim de adrese MAC este de până la 10K per dispozitiv.

Algoritmul Spanning Tree și managementul SNMP sunt acceptate.

SMC EliteSwitch ES/1

SMC Corporation (acum parte a diviziei de switch-uri a Cabletron) a dezvoltat EliteSwitch ES/l ca un instrument eficient pentru construirea unei rețele de dimensiuni medii. Comutatorul ES/1 combină funcțiile unui comutator Ethernet/Token Ring/FDDI de înaltă performanță și un router local, permițându-vă să creați rețele IP și IPX virtuale bazate pe grupuri de lucru comutate virtuale. Astfel, un dispozitiv combină funcțiile de comutare și de conectare la internet necesare pentru construirea unei rețele locale structurate bazate pe o magistrală internă de mare viteză. Switch-ul acceptă, de asemenea, conexiuni globale cu o topologie punct la punct prin linii T1/E1, permițându-vă să conectați mai multe rețele locale construite pe baza acesteia între ele.

Comutatorul ES/1 folosește tehnologia de comutare tamponată, care îi permite să traducă protocoale de nivel de legătură, să efectueze filtrare personalizată, colectare de statistici și rutare locală.

ES/1 Switch Organization

Hub-ul modular ES/1 de la SMC este un dispozitiv sub forma unei carcase de șasiu cu o placă de comunicație spate pe care este realizată o magistrală internă cu o performanță de 800 Mb/s. Motorul de procesare a pachetelor include două module de procesor echipate cu procesoare AMD 29000 RISC de înaltă performanță. Unul dintre procesoare este conceput pentru a transmite pachete (adică îndeplinește funcții de comutare), iar celălalt realizează administrarea - filtrarea pe porturile hub în conformitate cu. măști introduse de administrator și controlează întreaga logică de funcționare a concentratorului. Ambele procesoare au acces la o memorie partajată de 4 MB.

După cum sa menționat deja, modulul de procesare a pachetelor al comutatorului ES/1 este construit pe o arhitectură cu procesor dublu, fiecare procesor fiind responsabil pentru propriile funcții. Cu toate acestea, dacă unul dintre ele eșuează, al doilea procesor va prelua toate funcțiile primului. În acest caz, comutatorul în ansamblu va continua să funcționeze normal, performanța sa poate scădea doar ușor.

Tabelul de adrese hub vă permite să stocați până la 8192 de adrese MAC.

Software-ul care controlează funcționarea hub-ului ES/1 este duplicat în două bănci de memorie Flash. În primul rând, acest lucru vă permite să actualizați versiuni noi de software fără a opri hub-ul să își îndeplinească principalele funcții de comutare de pachete și, în al doilea rând, o defecțiune la încărcarea unui nou software dintr-o bancă de memorie Flash nu va duce la o defecțiune a hub-ului, deoarece software-ul este din prima bancă de memorie va rămâne operațional și hub-ul se va reporni automat.

Modulele de comunicare în rețea sunt introduse în sloturile hub și este implementată tehnologia de auto-configurare automată plug-and-play. Fiecare modul este echipat cu propriul procesor RISC, care convertește pachetele primite într-o formă independentă de protocol (aceasta înseamnă că sunt stocate doar blocul de date, adresele de destinație și sursă, precum și informațiile despre protocolul de rețea) și le transmite mai departe de-a lungul canalului intern. magistrala către unitatea de procesare a pachetelor.

Funcționarea cu toleranță la erori a modulelor este asigurată de prezența în fiecare dintre ele a unui senzor special care trimite o avertizare către consola operatorului când temperatura se apropie de un nivel critic. Acest lucru se poate întâmpla, de exemplu, din cauza prafului din filtrele de aer. Dacă temperatura continuă să crească și depășește a doua valoare de prag, modulul este deconectat automat de la curent pentru a preveni defectarea bazei elementului. Când temperatura scade, modulul va continua să funcționeze automat.

O caracteristică importantă a hub-ului ES/1 este protecția sa încorporată împotriva furtunilor de pachete de difuzare. Software-ul hub-ului ES/1 vă permite să stabiliți o limită a frecvenței de sosire a unor astfel de pachete pe fiecare port al hub-ului dacă această limită este depășită, pachetele de difuzare nu mai sunt transmise către alte segmente de rețea, ceea ce le păstrează funcționalitatea.

Filtrare și grupuri de lucru virtuale

Folosind mecanismul de mascare a porturilor, administratorul poate crea grupuri de lucru virtuale pentru a se proteja împotriva accesului neautorizat și pentru a îmbunătăți performanța LAN prin redistribuirea fluxurilor de informații.

Filtrarea poate fi activată pentru pachetele de intrare și/sau de ieșire, după adresa MAC sau pe întregul segment și așa mai departe. În total, masca poate conține până la 20 de condiții, combinate de operanzii booleeni „ȘI” și „SAU”. Este clar că fiecare pachet care ajunge la portul switch-ului trebuie verificat suplimentar pentru conformitatea cu condițiile de filtrare, ceea ce necesită resurse de calcul suplimentare și poate duce la o performanță redusă. Faptul că în ES/1 unul dintre cele două procesoare este dedicat verificării condițiilor de filtrare asigură că comutatorul menține performanțe ridicate atunci când măștile sunt introduse de către administrator.

Odată cu defecțiunile echipamentelor, erorile personalului de întreținere pot perturba funcționarea corectă a rețelei LAN. Prin urmare, remarcăm în special un alt mod de filtrare virtual interesant al comutatorului ES/1. În acest mod, filtrarea nu este activată fizic, dar statisticile sunt colectate pe pachete care îndeplinesc condițiile de filtrare. Acest lucru permite administratorului LAN să prezică acțiunile sale în avans înainte de a porni fizic filtrele.

Module de comunicare hub ES/1

ES/1 acceptă până la cinci module. Puteți alege orice combinație de module pentru Ethernet, Token Ring și FDDI, precum și pentru liniile de mare viteză T1/E1 și TZ/EZ. Toate modulele, inclusiv sursele de alimentare, pot fi înlocuite fără a se deconecta de la rețea sau a opri alimentarea dispozitivului central. Fiecare modul acceptă un set de parametri configurabili pentru a îmbunătăți gestionabilitatea și pentru a colecta statistici.

♦ QEIOM (Modul I/O Quad Ethernet)

La acest modul pot fi conectate până la patru segmente Ethernet independente. Fiecare segment poate transmite și primi informații la un debit Ethernet tipic de 14.880 de pachete pe secundă. ES/1 oferă conectivitate între aceste patru segmente prin poduri și routere, precum și cu restul rețelei. Aceste module vin cu diferite tipuri de conector: AUI, BNC, RJ-45 (pereche răsucită) și ST (cablu de fibră optică).

♦ QTIOM (Modul I/O Token Ring)

Prin modulul QTIOM, sunt conectate până la patru rețele Token Ring de 4 sau 16 Mb/s. Modulul acceptă toate protocoalele de rețea Token Ring majore - IBM Source Routing, Transparent Bridging și Source Routing Transparent - și asigură interacțiunea „transparentă” a rețelelor Token Ring cu alte tipuri de rețele, cum ar fi Ethernet sau FDDI. Modulul este disponibil în versiuni cu perechi răsucite ecranate și neecranate.

♦ IFIOM (Modul Intelligent I/O FDDI dublu atașat)

Modulul IFIOM conectează segmentul de fibră optică al rețelei FDDI la ES/1 și asigură interacțiune transparentă între diferite tipuri de rețele. Acceptă toate funcțiile unei stații FDDI Dual Attached. Acest modul acceptă, de asemenea, un comutator de bypass optic extern, care oferă o rezistență sporită a rețelei în cazul unei căderi de curent ES/1. Disponibil în diverse modificări: pentru fibră monomod și multimod și în combinații ale acestora.

♦ CEIOM24 (modul I/O Ethernet concentrator cu 24 de porturi)

Acest modul include un hub Ethernet cu perechi răsucite cu 24 de porturi. Mărește performanța rețelei la un cost mai mic decât un dispozitiv extern similar. Porturile sale sunt grupate într-un singur segment Ethernet independent și comunică cu alte module printr-un comutator/router ES/1.

♦ SHOM (Modul I/O de interfață serială de mare viteză)

NUM vă permite să conectați rețele la rețele LAN la distanță prin linii de comunicație de mare viteză folosind protocolul HSSI la viteze de până la 52 Mb/s. Protocolul PPP este acceptat.

Gestionabilitate SNMP

Hub-ul modular ES/1 poate fi gestionat folosind orice sistem de management standard bazat pe protocolul HaSNMP-npo, inclusiv: HP OpenView, IBM NetView/6000, Sun NetManager etc. Pentru o reprezentare grafică a panoului frontal al hub-ului, consolele de management sunt adăugate consolelor de management listate, modulele software SMC ale familiei EliteView. În plus, există o versiune Windows a software-ului de monitorizare și control: EliteView pentru Windows.

Scheme tipice pentru utilizarea hub-ului ES/1

♦ Crearea unei coloane vertebrale degenerate (Colapsed Backbone)

O coloană vertebrală degenerată în interiorul unui comutator este utilizată în rețelele corporative mari. Câteva segmente mari ale rețelei locale sunt conectate la porturile hub-ului, magistrala căruia în acest caz acționează ca coloană principală cu un debit de sute de Mb/s. Această abordare vă permite să creșteți de mai multe ori debitul rețelei în comparație cu utilizarea tradițională a podurilor pe fiecare segment de rețea. În același timp, capacitățile de gestionare centralizată a tuturor elementelor rețelei corporative sunt semnificativ crescute.

♦ Canal Ethernet dedicat

Această schemă de conectare a dispozitivelor la porturile hub-urilor comutate este cel mai adesea folosită pentru a crea o coloană vertebrală de mare viteză (cu un debit garantat de 10 Mb/s) între hub și un server de rețea locală (de obicei un server de fișiere sau un server de baze de date) . Hub-urile modulare vă permit să organizați, dacă este necesar, conectarea unui server printr-un canal FDDI de mare viteză sau Fast Ethernet.

♦ Comutarea difuzării

Comutarea în ES/1 se bazează pe tehnologia Synchronous Protocol Independent, care acceptă tehnologiile de bază ale rețelelor locale, permițând traducerea între cadre de diferite formate. Prin urmare, comutatorul ES/1 poate fi folosit pentru a conecta rețele de diferite tipuri - Ethernet, Token Ring, FDDI, iar difuzarea are loc la viteza de comutare și nu creează congestie de trafic în timpul transferurilor între rețele.

♦ Formarea de grupuri virtuale

În mod implicit, comutatorul funcționează în modul bridge, examinând traficul care trece prin porturile sale și construind un tabel de adrese de segment. Folosind software-ul EliteView, administratorul poate defini într-o formă grafică convenabilă compoziția grupurilor de lucru virtuale, care vor include fie segmente locale, dacă un hub sau un segment Ethernet pe un cablu coaxial este conectat la portul ES/1, fie stații de lucru individuale , dacă sunt conectate la portul canal dedicat individual. Grupurile de lucru virtuale pot include diferite porturi pe unul sau mai multe switch-uri ES/1.

♦ Rețele virtuale

Odată cu formarea de grupuri de lucru virtuale izolate care protejează datele și localizează traficul, o caracteristică foarte utilă a comutatorului este capacitatea de a combina aceste grupuri în Internet folosind rutarea internă a pachetelor între segmentele virtuale care sunt declarate rețele virtuale (IP sau IPX). . În acest caz, transmiterea pachetelor între porturile aparținând unei rețele are loc rapid pe baza comutării de pachete, în timp ce pachetele destinate unei alte rețele sunt în același timp direcționate. Acest lucru asigură colaborarea între grupurile de lucru virtuale, în timp ce în același timp realizează toate funcțiile pe care routerele le oferă pentru a proteja rețelele unele de altele.

Comutatoare 3Com LAN

3Com are o poziție puternică pe piața comutatoarelor, producând o gamă largă de dispozitive de comutare pentru toate aplicațiile.

Sectorul switch-urilor pentru aplicații desktop și grupuri de lucru este reprezentat de switch-uri din familia Link Switch. Switch-urile pentru rețele departamentale și comutatoarele backbone sunt reprezentate de familia LANplex. Compania produce switch-uri din familia CELLplex pentru rețelele ATM.

Tehnologia de comutare este ineficientă fără a se baza pe LSI-uri - ASIC-uri specializate, care sunt optimizate pentru a efectua rapid operațiuni speciale. 3Com își construiește comutatoarele pe mai multe ASIC-uri concepute pentru a comuta protocoale specifice.

♦ ASIC ISE (Intelligent Switching Engine) este proiectat pentru a efectua operațiuni de comutare Ethernet și FDDI, precum și pentru a suporta funcții de rutare și control. Folosit în comutatoarele LANplex 2500, LANplex 6000 și LinkSwitch 2200.

♦ ASIC TRSE (Token Ri lg Switching Engine) realizează comutarea rețelelor Token Ring. Folosit în comutatoarele LinkSwitch 2000 TR și LANplex 6000.

♦ ASIC BRASICA realizează comutarea Ethernet/Fast Ethernet. Suportă tehnologia rețelei virtuale și specificația RMON. Folosit în comutatoarele LinkSwitch 1000 și LinkSwitch 3000.

♦ ZipChip ASIC acceptă comutarea ATM, precum și conversia cadrelor Ethernet în celule ATM utilizate în comutatoarele CELLplex 7000 și LinkSwitch 2700.

Comutatorul LANplex 6012 este un model high-end de comutator LAN conceput pentru a funcționa la nivelul de coloană principală a unei rețele corporative.

Structura comutatorului încă dezvăluie orientarea versiunilor sale anterioare către comutarea FDDI/Ethernet. Înainte de apariția modulelor care se conectează la magistrala HSI independentă de protocol de mare viteză, comutatorul folosea magistralele FDDI pentru comunicarea intermodulului.

Caracteristicile cheie ale comutatorului LANplex 6012:

♦ Dispozitivul de management (modul separat) suportă SNMP, RMON și FDDI SMT;

♦ Rețelele virtuale sunt create pe baza:

♦ grupare de porturi;

♦ gruparea adreselor MAC.

♦ Rutarea IP și IPX (RIP) acceptată:

♦ mai multe subrețele pe port;

♦ mai multe porturi pe subrețea.

♦ fragmentare IP;

♦ procesoare ASIC+RISC;

♦ Prezența funcției Roving Analysis Port vă permite să monitorizați traficul oricărui port switch;

♦ Suport pentru algoritmul Spanning Tree;

♦ Difuzarea de filtrare a furtunii.

Exemple de comutatoare ATM pentru rețele locale Switch-uri 3Com CELLplex

Comutatorul CELLplex 7000 este un dispozitiv modular bazat pe șasiu care comută până la 16 porturi ATM (4 module a câte 4 porturi fiecare). Este conceput pentru a forma o coloană vertebrală a rețelei ATM de mare viteză prin conectarea la alte comutatoare ATM sau pentru a conecta noduri ATM de mare viteză

la o coloană vertebrală a rețelei reunite într-un punct bazat pe un centru de date cu un port ATM.

Centrul de comutare oferă schimb de date 16x16 utilizând tehnologia de comutare din mers fără blocare, cu un debit total de 2,56 Gb/s și acceptând până la 4096 de canale virtuale per port.

Busul intern pasiv al switch-ului oferă rate de transfer de date de până la 20,48 Gb/s, permițând migrarea viitoare către module de interfață cu mai multe porturi sau porturi mai rapide.

Un șasiu complet redundant cu surse de alimentare duble, un centru redundant de țesătură și un design modular fac din CELLplex 7000 un comutator rezistent, pregătit pentru coloana vertebrală, care îndeplinește cerințele celor mai critice aplicații ale dumneavoastră.

Există două tipuri de module de interfață:

♦ modul cu 4 porturi OS-Zs 155 Mb/s pentru cablu fibră optică multimod, destinat comunicațiilor locale;

♦ modul cu 4 porturi DS-3 45 Mb/s - pentru comunicatii globale.

Comutatorul suportă principalele specificații ale tehnologiei ATM: stabilirea circuitelor virtuale comutate (SVC) conform specificațiilor UNI 3.0 și 3.1, suport pentru circuite virtuale permanente (PVC) folosind sistemul de management, Protocolul de semnalizare interswitch interimar (IISP), LAN emulare, management managementul congestiei.

Managementul switch-ului este implementat pentru următoarele standarde: SNMP, ILMI, MIB 2, ATM MIB, SONET MIB. Este utilizat sistemul de control Transcend.

Comutatorul CELLplex 7200 combină funcționalitatea unui comutator ATM și a unui comutator Ethernet, eliminând în același timp blocajele din rețelele principale și departamentale.

CELLplex 7200 oferă legături Ethernet de viteză maximă pentru segmente LAN partajate, servere și stații de lucru individuale care necesită performanță crescută.

În plus, comutatorul poate fi configurat cu porturi ATM pentru conectarea la comutatoare de grup de lucru, servere ATM și stații de lucru, precum și pentru conectarea la coloana vertebrală a rețelei ATM.

Centrul de comutare ATM (8x8) este combinat cu un procesor de comutare Ethernet/ATM pe un cip ZipChip. ZipChip convertește pachetele de date Ethernet în celule ATM standard și apoi le comută la viteze de până la 780.000 de celule pe secundă.

Spre deosebire de modelul CELLplex 7000, modelul CELLplex 7200 are nu două, ci patru tipuri de module de interfață:

♦ modul cu două porturi ATM OS-Zs;

♦ modul cu două porturi DS-3;

♦ modul cu 12 porturi Ethernet și un port ATM OS-Zs;

♦ modul cu 12 porturi Ethernet și un port ATM DS-3.

Caracteristicile rămase ale comutatoarelor CELLplex 7200 și CELLplex 7000 sunt aproape aceleași.

Comutatoare ATM Bay Networks LattisCell și EtherCell

Familia de produse Bay Networks pentru tehnologia ATM constă din comutatorul LattisCell (doar comutarea ATM), comutatorul EtherCell (comutarea Ethernet-ATM), software-ul ATM Connection Management System și software-ul ATM Network Management Application.

Sunt disponibile mai multe modele de comutatoare ATM, fiecare oferind o combinație specifică de straturi fizice, medii de transmisie și capacități de redundanță a puterii.

Comutatorul EtherCell este proiectat pentru a elimina blocajele din grupurile de lucru LAN folosind tehnologia Ethernet partajată tradițională. Folosind acest comutator, puteți elibera liniile de comunicație cu servere și routere. 10328 EtherCell are 12 porturi 10Base-T și acces direct la rețeaua ATM. Porturile Ethernet pot oferi o lățime de bandă dedicată de 10 Mbps prin comutarea lor.

Software-ul ATM Connection Management System (CMS) se află pe stația de lucru SunSPARCStation pentru a coordona și gestiona conexiunile comutatorului. CMS învață automat topologia rețelei și stabilește conexiuni ATM virtuale între stațiile care comunică.

Aplicația de gestionare a rețelei ATM, care funcționează împreună cu CMS, asigură gestionarea rețelei ATM la o stație centrală de management.

Modelul de comutator LattisCell 10114A ATM este proiectat pentru utilizare în rețelele de campus (distanță între comutatoare de până la 2 km) și este un dispozitiv conceput ca o carcasă autonomă cu un număr fix de porturi, al căror număr este de 16. Fiecare port oferă un debit de 155 Mb/s prin cablu de fibră optică multimod. Funcțiile stratului fizic sunt implementate în conformitate cu standardele SONET/SDH 155 Mb/s, precum și cu UNI 3.0

Arhitectura FastMatrix oferă o rată totală de transfer intern de date de 5 Gb/s, permițând comutarea tuturor porturilor fără blocare. Sunt acceptate funcțiile de difuzare și multicast.

Se poate face o cerere de conectare pentru diferite niveluri de calitate a serviciului (QoS):

♦ QoS 1 - folosit pentru serviciul CBR (constant bit rate);

♦ QoS 2 - folosit pentru serviciul VBR RT (Variable Bit Rate Real Time Applications);

♦ QoS 3/4 - utilizat pentru serviciul VBR, destinat transmiterii datelor din rețeaua locală folosind proceduri bazate pe conexiune și fără conexiune;

♦ QoS 0 - folosit pentru serviciul UBR.

Dispozitivul este, de asemenea, gestionat folosind sistemul software CMS, care necesită: SunSPARCStation 2 sau o versiune ulterioară, Sun OS 4.1.3 sau o versiune ulterioară pentru o conexiune Ethernet nededicată sau Solaris 2.4 pentru o conexiune directă la ATM.

Alte modele de comutatoare LattisCell (10114R, 10114A-SM, 10114R-SM, 10114R-SM, 10114-DS3, 10114-EZ, 10115A, 10115R) diferă prin prezența unei surse de alimentare de rezervă, precum și în tipul de porturi (numărul total de porturi în orice model este de 16). Pe lângă porturile multimode, switch-urile pot avea porturi de fibră optică monomod (pentru rețele cu o distanță de până la 25 km), precum și porturi pentru cablu coaxial cu DS-3 (45 Mb/s) și EZ ( 34 Mb/s) interfețe pentru conexiuni la rețele globale prin linii TZ/EZ.

Modelele de comutatoare EtherCell (10328-F și 10328-SM) oferă comutare Ethernet-la-Ethernet și Ethernet-ATM. Aceste modele au 12 porturi 10Base-T RJ-45 și un port de acces direct ATM de 10 Mbps. Porturile 10Base-T pot fi folosite pentru a oferi viteza completă de 10 Mbps a unei linii dedicate pentru servere de mare viteză sau pentru a o partaja între un segment de stații de grup de lucru.

EtherCell 10328-F acceptă cablu de fibră optică multimod pentru comunicarea cu o rețea ATM pe o distanță de până la 2 km.

EtherCell 10328-SM acceptă cablu de fibră optică monomod pentru comunicarea cu o rețea ATM pe o distanță de până la 20 km.

Switch-urile suportă standardul de emulare LAN, care definește interacțiunea rețelelor locale cu rețelele ATM la nivelul protocoalelor de nivel de legătură. În plus, sunt acceptate specificațiile MIB standard UNI, M1B-P, EtherCell-MIB și Bay Networks.

Prin portul ATM, comutatoarele EtherCell se pot conecta la portul SONET/SDH al comutatorului LattisCell.

Switch-urile EtherCell includ software-ul HSA (Agent de semnalizare gazdă), care acționează ca agent proxy pentru gazdele Ethernet.

Switch-urile EtherCell suportă formarea de grupuri virtuale distribuite de-a lungul coloanei vertebrale a rețelei ATM formată din switch-uri LattisCell.

Comutator Cisco LightStream 1010

Comutatorul LightStream 1010 este un comutator ATM pentru crearea de backbones de rețea departamentale sau de campus.

Switch-ul are o performanță totală de 5 Gb/s și se bazează pe un șasiu cu 5 sloturi.

Slotul central găzduiește ATM Switch Processor (ASP), care dispune de memorie partajată de 5 Gb/s, o țesătură de comutare complet non-blocante și un procesor MIPS R4600 RISC de 100 MHz de înaltă performanță. Modulul ASP rulează sistemul de operare Internetworking IOS, precum routerele și comutatoarele Cisco. Software-ul modulului ASP poate fi înlocuit din mers, adică fără oprirea comutatorului, ceea ce este important în contextul modificării frecvente a specificațiilor ATM Forum.

Cele 4 sloturi rămase sunt folosite pentru a instala module de interfață CAM, fiecare dintre ele putând găzdui până la 2 module adaptoare de port RAM. Astfel, comutatorul poate avea o configurație maximă de până la 8 module RAM din următorul set:

♦ 1 port ATM 622 Mb/s (OS12) (single-mode);

♦ 1 port ATM 622 Mb/s (OS 12) (multi-mode);

♦ 4 porturi ATM 155 Mb/s (OSZs) (single-mode);

♦ 4 porturi ATM 155 Mb/s (OSZs) (multi-mode);

♦ 4 porturi ATM 155 Mb/s (OSZs) (peste pereche răsucită neecranată UTP Cat 5);

♦ 2 porturi DS3/T3 45 Mb/s;

♦ 2 porturi EZ 34 Mb/s.

Switch-ul LightStream 1010 este unul dintre primele din industrie care acceptă specificația de rutare PNNI Phase 1, necesară pentru rutarea conexiunilor comutate (SVC) în rețele ATM eterogene, ținând cont de calitatea necesară a serviciului.

Toate tipurile de trafic definite de ATM Forum sunt acceptate, inclusiv ABR.

Pentru conexiunile user-to-switch, se folosește protocolul UNI 3.0 (suportul UNI 3.1 este de asemenea așteptat în viitorul apropiat).

Comutatorul LightStream 1010 poate acționa ca un comutator central într-o rețea de campus.

Schimbă teste

Întrucât comutatoarele își extind în mod constant domeniul de activitate, interesul manifestat față de ele din diferite laboratoare de testare nu scade. Practic, diferite caracteristici de performanță sunt testate pentru configurații tipice de rețea.

Testele efectuate sunt interesante sub două aspecte. În primul rând, rezultatele testelor în sine sunt interesante, deși în niciun caz nu pot fi luate ca absolute. Dacă un comutator îl depășește pe altul pe un anumit indicator în anumite condiții cu 10% sau 20%, asta nu înseamnă deloc că în alte condiții al doilea comutator nu va funcționa mai bine cu 15%. În același timp, o întârziere semnificativă în urma masei totale de modele a oricărui comutator ar trebui să-și alerteze potențialii cumpărători.

În al doilea rând, condițiile de testare create sunt interesante, deoarece sunt de obicei selectate pe baza experienței în operarea întrerupătoarelor și corespund celor mai severe condiții de funcționare.

În cele ce urmează sunt descrise condițiile și rezultatele testării comutatoarelor efectuate în comun de laboratorul de testare al revistei Data Communication și European Network Labs. La primirea primelor rezultate ale testelor, acestea au fost discutate cu reprezentanții companiilor producătoare, în urma cărora au fost aduse modificări software-ului unor modele care le-au îmbunătățit performanța în condițiile specifice testelor.

Switch-urile au fost testate într-o configurație de coloană principală distribuită, în care un număr mare de porturi Ethernet de 10 Mb/s schimbă date printr-o coloană vertebrală Fast Ethernet sau FDDI.

Sarcina de rețea a fost creată de două generatoare de trafic Smartbits Advanced SMB100, care au trimis trafic către cele 20 de porturi Ethernet ale fiecăruia dintre cele două eșantioane de switch testate. Traficul trimis către fiecare port de intrare a fost direcționat prin acel port către celelalte 39 de porturi de comutare cu probabilitate egală în toate testele, cu excepția testului de latență de inserție, unde traficul a fost pur și simplu trimis într-o singură direcție prin coloana vertebrală. Au fost utilizate cadre cu o dimensiune minimă de 64 de octeți fiecare.

Generatorii de trafic au numărat numărul de cadre care au ajuns în portul de destinație și, pe baza acestor date, au fost calculate estimări cantitative ale calității transmiterii traficului prin comutatoare.

Primul test a testat capacitatea comutatorului de a transmite rafale de trafic pe termen scurt fără pierderi.

Condiții de experiment: alimentarea unui pachet de 24 de cadre în fiecare port, o pauză de 1 secundă, alimentarea unui pachet de 62 de cadre în fiecare port, o pauză de 1 secundă și așa mai departe, în timp ce mărim dimensiunea pachetului la 744 de cadre. Fiecare explozie a creat o sarcină de 100% pe fiecare dintre cele 40 de porturi Ethernet implicate în testare.

Rezultatele testului

În timpul primelor teste, comutatorul LANplex a pierdut un procent destul de mare de cadre, după care specialiștii 3Com au făcut ajustări la software-ul său și au crescut gradul de agresivitate al porturilor switch-ului. Drept urmare, comutatorul a încetat să mai piardă cadre.

Cel de-al doilea test a testat debitul maxim de comutare per port la o sarcină de port de 100% pe termen scurt.

Condiții experimentale: a fost generată o explozie de 24 de cadre pentru fiecare port și a fost măsurată viteza maximă de livrare a cadrelor către portul de destinație.

Rezultatele testului

Comutatorul Catalist 5000 a avut cele mai bune performanțe, transmitând aproape 5.000 de cadre pe secundă cu un debit maxim teoretic de 7.440 de cadre pe secundă (au fost luate în considerare doar cadrele primite ulterior). Reducerea semnificativă a debitului efectiv în comparație cu maximul posibil reflectă dificultatea pe care o întâmpină comutatorul în funcționarea semi-duplex, trimițând și recepționând simultan cadre. Comutatorul LANplex a rămas oarecum în urma liderului, pe care experții care au efectuat testarea l-au atribuit nivelului prea ridicat de agresivitate setat pentru a preveni pierderea cadrului. Acest nivel „încetinește” prea mult nodul final, împiedicându-l să dezvolte o rată mai mare de trimitere a cadrelor în rețea.

Al treilea test a evaluat întârzierea introdusă de comutator la transmiterea unui cadru prin coloana vertebrală

Condiții experimentale: flux unidirecțional constant de cadre prin autostradă. A fost măsurat timpul dintre sosirea primului bit al unui cadru la portul Ethernet de intrare al primului comutator și apariția primului bit al aceluiași cadru la portul Ethernet de ieșire al celui de-al doilea comutator.

Rezultatele testului

Switch-urile care foloseau un inel FDDI ca coloană vertebrală au introdus o latență mai mare în comparație cu comutatoarele conectate printr-o coloană vertebrală Fast Ethernet. Acest lucru nu este surprinzător, deoarece în acest din urmă caz nu au fost difuzate cadre.

Vitezele de filtrare a cadrelor și de redirecționare sunt două caracteristici cheie de performanță ale unui comutator. Aceste caracteristici sunt integrale, nu depind de modul în care este implementat tehnic.

Rata de filtrare este viteza la care comutatorul efectuează următorii pași de procesare a cadrelor:

1. Primiți cadrul în tampon.

3. Distrugerea cadrului, deoarece portul de destinație și portul sursă aparțin unui singur segment logic.

Viteza de filtrare a aproape tuturor comutatoarelor nu este un factor de blocare - comutatorul reușește să renunțe la cadrele la rata la care ajung.

Rata de redirecționare este viteza cu care comutatorul realizează următoarele etape de procesare a cadrelor.

1. Primiți cadrul în tampon.

2. Căutați prin tabelul de adrese pentru a găsi portul pentru adresa de destinație a cadrului.

3. Transmiterea cadrului către rețea prin portul de destinație găsit în tabelul de adrese.

Latența de transmisie a cadrului este măsurată ca timpul scurs din momentul în care primul octet al cadrului ajunge la portul de intrare al comutatorului până în momentul în care acest octet apare la portul său de ieșire. Latența este suma timpului petrecut în tamponarea octeților cadrului și a timpului petrecut procesând cadrul de către comutator - privind prin tabelul de adrese, luarea deciziilor de filtrare sau redirecționare, obținerea accesului la mediul portului de ieșire. Cantitatea de întârziere introdusă de comutator depinde de modul său de funcționare. Dacă comutarea se efectuează „din zbor”, atunci întârzierile sunt de obicei mici și variază de la 5 la 40 μs și cu buffering full frame - de la 50 la 200 μs pentru cadre de lungime minimă atunci când sunt transmise la o viteză de 10 Mbit/ s. Switch-urile care acceptă versiuni mai rapide de Ethernet introduc o latență mai mică în procesul de redirecționare a cadrelor.

Performanța unui comutator este determinată de cantitatea de date de utilizator transferată pe unitatea de timp prin porturile sale și este măsurată în megabiți pe secundă (Mbps). Deoarece un comutator operează la nivelul de legătură de date, datele sale de utilizator sunt datele care sunt transportate în câmpul de date al cadrelor Ethernet.

Valoarea maximă a performanței comutatorului este întotdeauna atinsă pe cadre de lungime maximă, deoarece în acest caz ponderea costurilor generale pentru supraîncărcarea cadrului este minimă. Un comutator este un dispozitiv cu mai multe porturi, așa că se obișnuiește să-l caracterizeze ca având performanță totală maximă, în timp ce transmite simultan trafic prin toate porturile sale.

Pentru a efectua operațiunile fiecărui port, comutatoarele folosesc cel mai adesea o unitate de procesare dedicată cu propria memorie pentru a stoca propria copie a tabelului de adrese. Fiecare port stochează doar acele seturi de adrese cu care a lucrat recent, astfel încât copiile tabelului de adrese ale diferitelor module de procesor, de regulă, nu se potrivesc.

Numărul maxim de adrese MAC pe care procesorul de porturi le poate aminti depinde de aplicația comutatorului. Switch-urile pentru grupuri de lucru acceptă de obicei doar câteva adrese pe port, deoarece sunt concepute pentru a forma microsegmente. Comutatoarele de departament trebuie să accepte câteva sute de adrese, iar comutatoarele de coloană vertebrală de rețea trebuie să accepte până la câteva mii (de obicei 4000-8000 de adrese).

Capacitatea insuficientă a tabelului de adrese poate duce la încetinirea comutatorului și la înfundarea rețelei de trafic în exces. Dacă tabelul de adrese al procesorului de porturi este complet plin și întâlnește o nouă adresă sursă într-un cadru de intrare, procesorul trebuie să elimine orice adresă veche din tabel și să plaseze una nouă în locul ei. Această operație în sine ocupă o parte din timpul procesorului, dar principala pierdere de performanță se observă atunci când sosește un cadru cu o adresă de destinație care trebuia eliminată din tabelul de adrese. Deoarece adresa de destinație a cadrului este necunoscută, comutatorul trebuie să redirecționeze cadrul către toate celelalte porturi. Unii producători de comutatoare rezolvă această problemă schimbând algoritmul de gestionare a cadrelor cu o adresă de destinație necunoscută. Unul dintre porturile de comutare este configurat ca port trunk, către care sunt trimise implicit toate cadrele cu o adresă necunoscută. Un cadru este transmis la un port trunk, presupunând că acest port este conectat la un comutator de nivel superior (într-o conexiune ierarhică a comutatoarelor dintr-o rețea mare), care are o capacitate suficientă a tabelului de adrese și „știe” unde poate fi orice cadru. trimis.

Deși toate comutatoarele au multe în comun, este indicat să le împărțiți în două clase, concepute pentru a rezolva probleme diferite.

Comutatoare pentru grupuri de lucru

Switch-urile pentru grupuri de lucru oferă lățime de bandă dedicată între orice pereche de noduri conectate la porturile switch-ului. Dacă porturile au aceeași viteză, destinatarul pachetului trebuie să fie liber pentru ca blocarea să nu aibă loc.

Suportând fiecare port cu cel puțin numărul de adrese care pot fi prezente în segment, comutatorul oferă o lățime de bandă dedicată de 10 Mbps pentru fiecare port. Fiecare port de comutare este asociat cu o adresă unică pentru dispozitivul Ethernet conectat la acel port.

Conexiunea fizică punct-la-punct dintre comutatoarele grupului de lucru și nodurile 10Base-T se realizează de obicei folosind un cablu cu perechi răsucite neecranat, iar nodurile de rețea sunt echipate cu echipamente compatibile 10Base-T.

Switch-urile pentru grupuri de lucru pot funcționa la viteze de 10 sau 100 Mbps pentru diferite porturi. Această caracteristică reduce nivelul de blocare atunci când se încearcă organizarea mai multor conexiuni de clienți de 10 Mbps cu un port de mare viteză. În grupurile de lucru cu o arhitectură client-server, mai mulți clienți de 10 Mbps pot accesa un server conectat la un port de 100 Mbps. În exemplul prezentat în Figura 8, trei noduri de 10 Mbps accesează simultan serverul pe portul de 100 Mbps. Din lățimea de bandă de 100 Mbps disponibilă pentru accesarea serverului, se utilizează 30 Mbps, iar 70 Mbps sunt disponibile pentru conectarea simultană a încă șapte dispozitive de 10 Mbps la server prin canale virtuale.

Suportul cu mai multe viteze este util și pentru interconectarea switch-urilor Ethernet multicast folosind hub-uri Fast Ethernet de 100 Mbps (100Base-T) ca backbone locale. În configurația prezentată în Figura 9, comutatoarele care acceptă viteze de 10 Mbps și 100 Mbps sunt conectate la un hub de 100 Mbps. Traficul local rămâne în cadrul grupului de lucru, iar restul traficului este transferat în rețea prin hub-ul Ethernet de 100 Mbps.

Pentru a se conecta la un repetor de 10 sau 100 Mbps, comutatorul trebuie să aibă un port capabil să gestioneze un număr mare de adrese Ethernet.

Principalul avantaj al switch-urilor pentru grupuri de lucru este performanța ridicată a rețelei la nivel de grup de lucru, oferind fiecărui utilizator o lățime de bandă dedicată (10 Mbps). În plus, comutatoarele reduc (până la zero) numărul de coliziuni - spre deosebire de comutatoarele de coloană vertebrală descrise mai jos, comutatoarele de grup de lucru nu vor transmite fragmente de coliziuni către destinatari. Comutatoarele pentru grupuri de lucru vă permit să păstrați complet infrastructura de rețea din partea clientului, inclusiv programe, adaptoare de rețea și cabluri. Costul per port al comutatoarelor de grup de lucru astăzi este comparabil cu cel al porturilor hub administrate.

Comutatoare pentru coloana vertebrală

Comutatoarele backbone oferă o conexiune cu viteză de fir între o pereche de segmente Ethernet inactive. Dacă vitezele portului pentru expeditor și receptor sunt aceleași, segmentul receptor trebuie să fie liber pentru a evita blocarea.

La nivel de grup de lucru, fiecare nod partajează o lățime de bandă de 10 Mbps cu alte noduri de pe același segment. Un pachet adresat în afara acestui grup va fi transmis de către comutatorul backbone, așa cum se arată în Figura 10. Comutatorul backbone asigură transmiterea simultană a pachetelor la viteză medie între orice pereche de porturi. La fel ca comutatoarele pentru grupuri de lucru, comutatoarele de bază pot suporta viteze diferite pentru porturile lor. Comutatoarele backbone pot gestiona segmente 10Base-T și segmente de cablu coaxial. În cele mai multe cazuri, utilizarea comutatoarelor backbone oferă o modalitate mai simplă și mai eficientă de a îmbunătăți performanța rețelei în comparație cu routerele și podurile.

Principalul dezavantaj al lucrului cu comutatoare de bază este că, la nivel de grup de lucru, utilizatorii experimentează un mediu partajat dacă sunt conectați la segmente organizate folosind repetoare sau cablu coaxial. Mai mult, timpii de răspuns la nivel de grup de lucru pot fi destul de lungi. Spre deosebire de gazdele conectate la porturi de comutare, gazdele de pe 10Base-T sau segmente de cablu coaxial nu au o lățime de bandă garantată de 10 Mbps și sunt adesea forțate să aștepte până când alte gazde își termină transmiterea pachetelor. La nivel de grup de lucru, coliziunile vor persista în continuare, iar fragmentele de pachete cu erori vor fi redirecționate către toate rețelele conectate la coloana vertebrală. Dezavantajele enumerate pot fi evitate dacă comutatoarele sunt utilizate la nivel de grup de lucru în loc de hub-uri 10Base-T. În majoritatea aplicațiilor care necesită mult resurse, un comutator de 100 Mbps poate acționa ca o coloană vertebrală de mare viteză pentru comutatoarele de grup de lucru cu porturi de 10 și 100 Mbps, hub-uri de 100 Mbps și servere care au adaptoare Ethernet de 100 Mbps instalate.

Comparație de caracteristici

Principalele proprietăți ale comutatoarelor Ethernet sunt prezentate în tabel:

Beneficiile comutatoarelor Ethernet

Următoarele sunt principalele beneficii ale utilizării comutatoarelor Ethernet:
Creșteți productivitatea prin conexiuni de mare viteză între segmentele Ethernet (comutatoare backbone) sau noduri de rețea (comutatoare pentru grupuri de lucru). Spre deosebire de un mediu Ethernet partajat, comutatoarele permit o performanță generală crescută pe măsură ce utilizatorii sau segmentele sunt adăugate la rețea.
Reduce numărul de coliziuni, mai ales în cazurile în care fiecare utilizator este conectat la un port separat al comutatorului.
Costuri reduse la trecerea de la un mediu partajat la unul comutat prin menținerea infrastructurii Ethernet de 10 Mbps existente (cabluri, adaptoare, programe).
Securitate sporită prin transmiterea pachetelor numai către portul la care este conectată destinația.
Latență scăzută și previzibilă datorită faptului că banda este partajată de un număr mic de utilizatori (ideal unul).

Comparația dispozitivelor de rețea

Repetoare

Repetoarele Ethernet, numite adesea hub-uri sau hub-uri în contextul rețelelor 10Base-T, funcționează în conformitate cu standardul IEEE 802.3. Repeatorul pur și simplu redirecționează pachetele primite către toate porturile sale, indiferent de destinație.

Deși toate dispozitivele conectate la un repetor Ethernet (inclusiv alte repetoare) „văd” tot traficul de rețea, numai nodul căruia îi este adresat ar trebui să primească pachetul. Toate celelalte noduri ar trebui să ignore acest pachet. Unele dispozitive de rețea (de exemplu, analizoare de protocol) funcționează pe baza faptului că mediul de rețea (cum ar fi Ethernet) este public și analizează tot traficul de rețea. Pentru unele medii, totuși, capacitatea fiecărui nod de a vedea toate pachetele nu este acceptabilă din motive de securitate.

Din punct de vedere al performanței, repetoarele pur și simplu transmit pachete folosind întreaga lățime de bandă a canalului. Întârzierea introdusă de repetor este foarte mică (în conformitate cu IEEE 802.3 - mai puțin de 3 microsecunde). Rețelele care conțin repetitoare au o lățime de bandă de 10 Mbps similară cu un segment de cablu coaxial și sunt transparente pentru majoritatea protocoalelor de rețea, cum ar fi TCP/IP și IPX.

Poduri

Podurile funcționează în conformitate cu standardul IEEE 802.1d. La fel ca comutatoarele Ethernet, podurile sunt independente de protocol și transmit pachetele către portul la care este conectată destinația. Totuși, spre deosebire de majoritatea switch-urilor Ethernet, podurile nu transmit fragmente de pachete atunci când apar coliziuni sau pachete de eroare, deoarece toate pachetele sunt stocate în tampon înainte de a fi redirecționate către portul de destinație. Bufferingul de pachete (stocare-and-forward) introduce latență în comparație cu comutarea din mers. Podurile pot oferi performanțe egale cu debitul media, dar blocarea internă le reduce oarecum performanța.

Routere

Funcționarea routerelor depinde de protocoalele de rețea și este determinată de informațiile legate de protocol transportate în pachet. La fel ca podurile, routerele nu transmit fragmente de pachete la destinație atunci când apar coliziuni. Routerele stochează întregul pachet în memoria lor înainte de a-l transmite către destinație, prin urmare, atunci când folosesc routere, pachetele sunt transmise cu întârziere. Routerele pot oferi o lățime de bandă egală cu capacitatea canalului, dar se caracterizează prin blocare internă. Spre deosebire de repetoare, poduri și comutatoare, routerele modifică toate pachetele transmise.

rezumat

Principalele diferențe dintre dispozitivele de rețea sunt prezentate în Tabelul 2.