Đặc điểm chính của switch. Đặc tính kỹ thuật của switch. Chuyển đổi bài kiểm tra

Thông số kỹ thuật của switch.

Các thông số kỹ thuật chính có thể được sử dụng để đánh giá một bộ chuyển mạch được xây dựng bằng bất kỳ kiến trúc nào là tốc độ lọc và tốc độ chuyển tiếp.

Tốc độ lọc xác định số khung hình trên giây mà bộ chuyển mạch có thể thực hiện các hoạt động sau:

nhận khung vào bộ đệm của bạn;
tìm cổng cho địa chỉ đích của khung trong bảng địa chỉ;
phá hủy khung (cổng đích giống với cổng nguồn).

Tốc độ nâng cao, tương tự như đoạn trước, xác định số lượng khung hình trên giây có thể được xử lý bằng thuật toán sau:

nhận khung vào bộ đệm của bạn,
tìm cổng cho địa chỉ đích của khung;
truyền khung tới mạng thông qua cổng đích được tìm thấy (sử dụng bảng khớp địa chỉ).

Theo mặc định, các chỉ báo này được coi là được đo trên giao thức Ethernet đối với các khung có kích thước tối thiểu (dài 64 byte). Vì việc phân tích tiêu đề chiếm phần lớn thời gian nên các khung được truyền càng ngắn thì tải mà chúng tạo ra trên bộ xử lý và bus chuyển mạch càng nghiêm trọng.

Các thông số kỹ thuật quan trọng nhất tiếp theo của switch sẽ là:

thông lượng;
độ trễ truyền khung.
kích thước của bảng địa chỉ nội bộ.
kích thước bộ đệm khung;
chuyển đổi hiệu suất;

Băng thôngđược đo bằng lượng dữ liệu được truyền qua các cổng trên một đơn vị thời gian. Đương nhiên, khung càng dài (nhiều dữ liệu được gắn vào một tiêu đề) thì thông lượng càng lớn. Vì vậy, với tốc độ “hộ chiếu” điển hình là 14880 khung hình mỗi giây cho các thiết bị như vậy, thông lượng sẽ là 5,48 Mb/s trên các gói 64 byte và giới hạn tốc độ truyền dữ liệu sẽ được áp dụng bởi bộ chuyển mạch.

Đồng thời, khi truyền các khung có độ dài tối đa (1500 byte), tốc độ chuyển tiếp sẽ là 812 khung hình mỗi giây và thông lượng sẽ là 9,74 Mb/s. Trên thực tế, giới hạn truyền dữ liệu sẽ được xác định bởi tốc độ của giao thức Ethernet.

Độ trễ truyền khung có nghĩa là thời gian trôi qua kể từ thời điểm khung hình bắt đầu ghi vào bộ đệm của cổng đầu vào của bộ chuyển mạch cho đến khi khung hình xuất hiện trên cổng đầu ra của nó. Chúng ta có thể nói rằng đây là thời gian cần thiết để nâng cao một khung hình duy nhất (lưu vào bộ đệm, tra cứu bảng, quyết định lọc hay chuyển tiếp và truy cập vào môi trường cổng đầu ra).

Lượng độ trễ phụ thuộc rất nhiều vào cách các khung được quảng bá. Nếu sử dụng phương pháp chuyển đổi nhanh chóng, độ trễ sẽ thấp và nằm trong khoảng từ 10 µs đến 40 µs, trong khi với bộ đệm đầy đủ - từ 50 µs đến 200 µs (tùy thuộc vào độ dài khung hình).

Nếu công tắc (hoặc thậm chí một trong các cổng của nó) bị tải nặng, thì ngay cả khi chuyển đổi nhanh chóng, hầu hết các khung hình đến đều buộc phải được đệm. Do đó, những mô hình phức tạp và đắt tiền nhất có khả năng tự động thay đổi cơ chế hoạt động của công tắc (thích ứng) tùy thuộc vào tải và tính chất lưu lượng.

Kích thước bảng địa chỉ (bảng CAM). Xác định số lượng địa chỉ MAC tối đa có trong cổng và bảng ánh xạ địa chỉ MAC. Trong tài liệu kỹ thuật, nó thường được cung cấp cho mỗi cổng dưới dạng số địa chỉ, nhưng đôi khi điều đó xảy ra là kích thước bộ nhớ của bảng được biểu thị bằng kilobyte (một mục chiếm ít nhất 8 kB và việc thay thế số đó rất có lợi cho một nhà sản xuất vô đạo đức).

Đối với mỗi cổng, bảng tương ứng CAM có thể khác nhau và khi đầy, mục nhập cũ nhất sẽ bị xóa và mục mới sẽ được thêm vào bảng. Do đó, nếu vượt quá số lượng địa chỉ, mạng có thể tiếp tục hoạt động, nhưng đồng thời hoạt động của bộ chuyển mạch sẽ chậm lại rất nhiều và các phân đoạn kết nối với nó sẽ bị quá tải lưu lượng.

Trước đây, có những mẫu (ví dụ: 3com SuperStack II 1000 Desktop) trong đó kích thước bảng cho phép lưu trữ một hoặc nhiều địa chỉ, đó là lý do tại sao bạn phải rất cẩn thận trong việc thiết kế mạng. Tuy nhiên, hiện nay, ngay cả các thiết bị chuyển mạch máy tính để bàn rẻ nhất cũng có bảng địa chỉ 2-3K (và các thiết bị chuyển mạch đường trục thậm chí còn có nhiều hơn) và thông số này đã không còn là điểm nghẽn của công nghệ.

Khối lượng bộ đệm. Switch cần nó để lưu trữ tạm thời các khung dữ liệu trong trường hợp không thể truyền chúng ngay đến cổng đích. Rõ ràng là giao thông không đồng đều; luôn có những gợn sóng cần được giải quyết. Và dung lượng bộ đệm càng lớn thì tải trọng mà nó có thể “đảm nhận” càng lớn.

Các mẫu chuyển đổi đơn giản có bộ nhớ đệm vài trăm kilobyte trên mỗi cổng; ở các mẫu đắt tiền hơn, giá trị này đạt tới vài megabyte.

Chuyển đổi hiệu suất. Trước hết, cần lưu ý rằng công tắc là một thiết bị đa cổng phức tạp và đơn giản là không thể đánh giá mức độ phù hợp của nó để giải quyết nhiệm vụ nhất định dựa trên từng tham số riêng biệt. Có một số lượng lớn các tùy chọn lưu lượng truy cập, với cường độ, kích thước khung, phân bổ trên các cổng khác nhau, v.v. Vẫn chưa có phương pháp đánh giá chung (lưu lượng truy cập tham khảo) và nhiều “bài kiểm tra doanh nghiệp” được sử dụng. Chúng khá phức tạp và trong cuốn sách này chúng ta sẽ chỉ giới hạn ở những khuyến nghị chung.

Một bộ chuyển mạch lý tưởng sẽ truyền các khung hình giữa các cổng ở cùng tốc độ mà các nút được kết nối tạo ra chúng mà không bị mất mát và không gây ra thêm độ trễ. Để làm được điều này, các phần tử bên trong của bộ chuyển mạch (bộ xử lý cổng, bus liên mô-đun, bộ xử lý trung tâm, v.v.) phải xử lý lưu lượng đến.

Đồng thời, trên thực tế có nhiều hạn chế khá khách quan về khả năng của các thiết bị chuyển mạch. Trường hợp điển hình là nhiều máy chủ tương tác mạnh với một máy chủ duy nhất chắc chắn sẽ khiến hiệu suất thực tế bị suy giảm do tốc độ cố định của giao thức.

Ngày nay, các nhà sản xuất đã hoàn toàn làm chủ được việc sản xuất thiết bị chuyển mạch (10/100baseT), ngay cả những mẫu rất rẻ cũng có đủ băng thông và bộ xử lý khá nhanh. Vấn đề bắt đầu khi bạn cần áp dụng các phương pháp phức tạp hơn để hạn chế tốc độ của các nút được kết nối (áp suất ngược), lọc và các giao thức khác được thảo luận bên dưới.

Tóm lại, phải nói rằng tiêu chí tốt nhất vẫn là thực hành khi switch thể hiện khả năng của mình trong mạng thực.

Các tính năng bổ sung của thiết bị chuyển mạch.

Như đã đề cập ở trên, các công tắc hiện đại có nhiều khả năng đến mức công tắc thông thường (có vẻ như là một phép màu công nghệ cách đây mười năm) dần bị lu mờ. Thật vậy, các model có giá từ $50 đến $5000 có thể chuyển đổi khung hình một cách nhanh chóng và tương đối hiệu quả. Sự khác biệt chính xác đến ở khả năng bổ sung.

Rõ ràng là các thiết bị chuyển mạch được quản lý có số lượng khả năng bổ sung lớn nhất. Phần còn lại của mô tả sẽ nêu bật cụ thể các tùy chọn thường không thể triển khai chính xác trên các công tắc tùy chỉnh.

Kết nối các switch thành một ngăn xếp. Tùy chọn bổ sung này là một trong những tùy chọn đơn giản nhất và được sử dụng rộng rãi nhất trong các mạng lớn. Mục đích của nó là kết nối một số thiết bị với bus chung tốc độ cao để tăng hiệu suất của trung tâm truyền thông. Trong trường hợp này, đôi khi có thể sử dụng các tùy chọn kiểm soát, giám sát và chẩn đoán thống nhất.

Cần lưu ý rằng không phải nhà cung cấp nào cũng sử dụng công nghệ kết nối switch bằng các cổng đặc biệt (xếp chồng). Trong lĩnh vực này, các đường Gigabit Ethernet ngày càng trở nên phổ biến hoặc bằng cách nhóm một số (tối đa 8) cổng thành một kênh liên lạc.

Giao thức cây kéo dài (STP). Đối với các mạng LAN đơn giản, việc duy trì cấu trúc liên kết Ethernet chính xác (sao phân cấp) trong quá trình hoạt động là không khó. Nhưng với cơ sở hạ tầng lớn, điều này trở thành một vấn đề nghiêm trọng - việc vượt qua không chính xác (đóng một đoạn thành một vòng) có thể dẫn đến ngừng hoạt động của toàn bộ mạng hoặc một phần của mạng. Hơn nữa, việc tìm ra vị trí xảy ra vụ tai nạn có thể không hề dễ dàng chút nào.

Mặt khác, các kết nối dự phòng như vậy thường thuận tiện (nhiều mạng dữ liệu truyền tải được xây dựng bằng kiến trúc vòng) và có thể tăng độ tin cậy lên đáng kể - nếu có cơ chế xử lý vòng lặp chính xác.

Để giải quyết vấn đề này, Giao thức cây kéo dài (STP) được sử dụng, trong đó các thiết bị chuyển mạch tự động tạo cấu hình liên kết giống như cây đang hoạt động, tìm kiếm nó thông qua việc trao đổi các gói dịch vụ (Đơn vị dữ liệu giao thức cầu, BPDU), được đặt trong trường dữ liệu của khung Ethernet. Kết quả là, các cổng đóng vòng lặp sẽ bị chặn, nhưng có thể tự động bật nếu liên kết chính bị hỏng.

Do đó, công nghệ STA cung cấp hỗ trợ cho các kết nối dự phòng trong mạng có cấu trúc liên kết phức tạp và khả năng tự động thay đổi nó mà không cần sự tham gia của quản trị viên. Tính năng này hữu ích hơn trong các mạng lớn (hoặc phân tán), nhưng do tính phức tạp của nó nên hiếm khi được sử dụng trong các bộ chuyển mạch tùy chỉnh.

Các cách để kiểm soát dòng chảy vào. Như đã lưu ý ở trên, nếu công tắc được tải không đều, về mặt vật lý, nó sẽ không thể truyền qua luồng dữ liệu ở tốc độ tối đa. Nhưng việc đơn giản loại bỏ các khung bổ sung vì những lý do rõ ràng (ví dụ: phá vỡ các phiên TCP) là điều không mong muốn. Vì vậy, cần phải sử dụng cơ chế hạn chế cường độ lưu lượng được truyền bởi nút.

Có hai cách có thể xảy ra - tích cực nắm bắt phương tiện truyền dẫn (ví dụ: bộ chuyển mạch có thể không tuân thủ các khoảng thời gian tiêu chuẩn). Nhưng phương pháp này chỉ phù hợp với phương tiện truyền dẫn "thông thường", phương tiện này hiếm khi được sử dụng trong Ethernet chuyển mạch. Phương pháp áp suất ngược có nhược điểm tương tự, trong đó các khung hình hư cấu được truyền đến nút.

Do đó, trong thực tế, công nghệ Kiểm soát luồng nâng cao (được mô tả trong tiêu chuẩn IEEE 802.3x) đang được yêu cầu, ý nghĩa của công nghệ này là bộ chuyển mạch truyền các khung “tạm dừng” đặc biệt đến nút.

Lọc lưu lượng truy cập. Việc thiết lập các điều kiện lọc khung bổ sung cho các khung đến hoặc đi trên các cổng switch thường rất hữu ích. Bằng cách này, bạn có thể hạn chế quyền truy cập của một số nhóm người dùng nhất định vào một số dịch vụ mạng nhất định bằng địa chỉ MAC hoặc thẻ mạng ảo.

Theo quy định, các điều kiện lọc được viết dưới dạng biểu thức Boolean được hình thành bằng cách sử dụng các toán tử logic AND và OR.

Bộ lọc phức tạp yêu cầu sức mạnh xử lý bổ sung từ bộ chuyển mạch và nếu không đủ, nó có thể làm giảm đáng kể hiệu suất của thiết bị.

Khả năng lọc rất quan trọng đối với các mạng trong đó người dùng cuối là những người đăng ký “thương mại” mà hành vi của họ không thể được điều chỉnh bằng các biện pháp hành chính. Vì họ có thể thực hiện các hành động phá hoại trái phép (ví dụ: giả mạo địa chỉ IP hoặc MAC trên máy tính của họ), nên cung cấp ít cơ hội nhất cho việc này.

Chuyển đổi cấp độ thứ ba (Lớp 3). Do sự tăng trưởng nhanh chóng của tốc độ và việc sử dụng rộng rãi các thiết bị chuyển mạch, ngày nay có một khoảng cách rõ ràng giữa khả năng chuyển mạch và định tuyến cổ điển bằng cách sử dụng các máy tính đa năng. Điều hợp lý nhất trong tình huống này là cung cấp cho bộ chuyển mạch được quản lý khả năng phân tích khung ở cấp độ thứ ba (theo mô hình OSI 7 lớp). Việc định tuyến đơn giản hóa như vậy giúp tăng đáng kể tốc độ và quản lý lưu lượng truy cập linh hoạt hơn trên mạng LAN lớn.

Tuy nhiên, trong các mạng dữ liệu truyền tải, việc sử dụng các bộ chuyển mạch vẫn còn rất hạn chế, mặc dù có thể thấy khá rõ xu hướng xóa bỏ sự khác biệt của chúng so với các bộ định tuyến về khả năng.

Khả năng quản lý và giám sát. Các tính năng bổ sung mở rộng bao gồm các điều khiển tiên tiến và thuận tiện. Trước đây, các thiết bị đơn giản có thể được điều khiển bằng một vài nút thông qua một đèn báo kỹ thuật số nhỏ hoặc qua cổng console. Nhưng điều này đã là quá khứ - gần đây các thiết bị chuyển mạch đã được sản xuất với khả năng điều khiển thông qua cổng 10/100baseT thông thường bằng Telnet, trình duyệt Web hoặc thông qua giao thức SNMP. Nếu hai phương pháp đầu tiên nói chung chỉ là một sự tiếp nối thuận tiện. trong số các cài đặt khởi động thông thường, thì SNMP cho phép bạn sử dụng công tắc như một công cụ thực sự phổ biến.

Đối với Ethernet, chỉ có phần mở rộng của nó là thú vị - RMON và SMON. RMON-I được mô tả bên dưới, ngoài ra còn có RMON-II (ảnh hưởng đến mức OSI cao hơn). Hơn nữa, trong các thiết bị chuyển mạch “cấp trung”, theo quy định, chỉ các nhóm RMON 1-4 và 9 được triển khai.

Nguyên tắc hoạt động như sau: Tác nhân RMON trên thiết bị chuyển mạch gửi thông tin đến máy chủ trung tâm, nơi phần mềm đặc biệt (ví dụ: HP OpenView) xử lý thông tin, trình bày thông tin dưới dạng thuận tiện cho việc quản trị.

Hơn nữa, quá trình này có thể được kiểm soát - bằng cách thay đổi cài đặt từ xa, hoạt động mạng có thể trở lại bình thường. Ngoài việc giám sát và quản lý, sử dụng SNMP bạn có thể xây dựng hệ thống thanh toán. Mặc dù điều này có vẻ hơi kỳ lạ nhưng đã có những ví dụ về việc sử dụng cơ chế này thực sự.

Tiêu chuẩn RMON-I MIB mô tả 9 nhóm đối tượng:

Thống kê - dữ liệu thống kê tích lũy hiện tại về đặc điểm khung, số lần va chạm, khung bị lỗi (có chi tiết theo loại lỗi), v.v.
Lịch sử - dữ liệu thống kê được lưu ở những khoảng thời gian nhất định để phân tích tiếp theo các xu hướng thay đổi của chúng.
Cảnh báo - giá trị ngưỡng của các chỉ số thống kê, khi vượt quá, tác nhân RMON sẽ tạo ra một sự kiện cụ thể. Việc triển khai nhóm này yêu cầu triển khai nhóm Sự kiện - events.
Máy chủ - dữ liệu về máy chủ mạng được phát hiện nhờ phân tích địa chỉ MAC của các khung lưu thông trong mạng.
Host TopN - một bảng gồm N máy chủ mạng có giá trị cao nhất của các tham số thống kê được chỉ định.
Ma trận lưu lượng - thống kê về cường độ lưu lượng giữa mỗi cặp máy chủ mạng, được tổ chức dưới dạng ma trận.
Bộ lọc - điều kiện lọc gói; các gói thỏa mãn một điều kiện nhất định có thể được bắt hoặc có thể tạo ra các sự kiện.
Chụp gói - một nhóm các gói được chụp bằng các điều kiện lọc được chỉ định.
Sự kiện - điều kiện đăng ký sự kiện và thông báo về sự kiện.

Một cuộc thảo luận chi tiết hơn về các khả năng của SNMP ít nhất sẽ cần nhiều không gian như cuốn sách này, vì vậy sẽ thích hợp nếu tập trung vào mô tả rất chung chung về công cụ phức tạp nhưng mạnh mẽ này.

Mạng ảo (Mạng cục bộ ảo, Vlan). Đây có lẽ là tính năng quan trọng nhất (đặc biệt đối với mạng gia đình) và được sử dụng rộng rãi của các thiết bị chuyển mạch hiện đại. Cần lưu ý rằng có một số cách cơ bản khác nhau để xây dựng mạng ảo bằng cách sử dụng bộ chuyển mạch. Do tầm quan trọng to lớn của nó đối với việc cung cấp Ethernet, mô tả chi tiết về công nghệ này sẽ được trình bày ở một trong các chương sau.

Ý nghĩa ngắn gọn là sử dụng các bộ chuyển mạch (cấp 2 của mô hình OSI) để tạo một số mạng ảo (độc lập với nhau) trên một mạng LAN Ethernet vật lý, cho phép bộ định tuyến trung tâm quản lý các cổng (hoặc nhóm cổng) trên các bộ chuyển mạch từ xa. Đây chính là điều thực sự làm cho VLAN trở thành một phương tiện rất thuận tiện để cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu (cung cấp).

- 42,52 Kb

230106

(mã chuyên ngành)

KHÓA HỌC

theo kỷ luật

Chủ thể:

SGPEC 230106.11.15.

Nhóm sinh viên: TO3A08, Korchagin A. G.

Giáo viên: Chirochkin E.I.

Ngày bảo vệ: _______________________ Đánh giá__________

Saransk

2011

Bộ Giáo dục và Khoa học Liên bang Nga

FGOU SPO "Trường Cao đẳng Kinh tế và Công nghiệp bang Saransk"

230106

(mã chuyên ngành)

CHUYỂN CÔNG VIỆC KHÓA HỌC

theo kỷ luật Mạng máy tính và viễn thông

sinh viên nhóm TO3A08, Korchagin A. G.

Chủ thể: Công tắc: tính năng và thông số kỹ thuật

Bài tập của khóa học được hoàn thành trên 28 tờ và bao gồm các phần sau:

Giới thiệu

1 Đặc điểm của switch mạng

2 Phân loại công tắc hiện đại

3 Đặc điểm chuyển mạch

Phần kết luận

Danh sách các nguồn được sử dụng

Ngày cấp: ________________ Trưởng phòng. phòng: ______________

Ngày đến hạn: ____________ Giáo viên: _______________

Lời giới thiệu………………………………..5

Đặc điểm của bộ chuyển mạch mạng…………………………………… 10

Switch và vai trò của nó trong cấu trúc mạng……………………….10
Nguyên lý hoạt động……………………………… …..11

Phân loại thiết bị chuyển mạch hiện đại……………………….. 14

Theo phương pháp thăng tiến nhân sự……..……..14

Đang di chuyển………………………………..14
Với kho lưu trữ trung gian………………………..14

Theo thuật toán nguyên lý hoạt động……………………………….15

Công tắc trong suốt…………………………………… 15

Switch thực hiện thuật toán định tuyến nguồn……………………………….15

Switch thực hiện thuật toán cây khung…………16

Theo kiến trúc logic bên trong……………………….. 16

Công tắc có ma trận chuyển mạch……………………….16
Chuyển mạch bằng bus chung..................................................17
Công tắc bộ nhớ dùng chung………………………………18
Công tắc kết hợp…………..19

Theo lĩnh vực ứng dụng………………………..20

Switch có số cổng cố định ………..20
Công tắc mô-đun………………………..20
Công tắc xếp chồng lên nhau……………………………… ….21

Chuyển đổi công nghệ……..……………..21

Bộ chuyển mạch Ethernet……………………….. .21
Công tắc vòng mã thông báo……..……..22
Công tắc FDDI……………………………….23

Đặc điểm của thiết bị chuyển mạch…………………………………… ………24

Băng thông……………………………… ………24
Độ trễ truyền khung.................................................................................24
Tốc độ của các khung hình di chuyển qua mạng……..25
Tốc độ lọc………………………..25

Kết luận………………………………..26

Danh sách các nguồn được sử dụng................................................................................. ..27

Giới thiệu

Khi tình hình thay đổi vào cuối những năm 80 - đầu những năm 90 - sự ra đời của các giao thức nhanh, máy tính cá nhân hiệu suất cao, thông tin đa phương tiện và sự phân chia mạng thành nhiều phân đoạn - những cây cầu cổ điển không còn có thể đáp ứng được công việc. Việc cung cấp các luồng khung hình giữa nhiều cổng hiện nay bằng cách sử dụng một bộ xử lý duy nhất đòi hỏi tốc độ bộ xử lý phải tăng đáng kể và đây là một giải pháp khá tốn kém. Giải pháp “khai sinh” các thiết bị chuyển mạch hóa ra lại hiệu quả hơn (Hình 1): để phục vụ luồng đến mỗi cổng, các bộ xử lý chuyên dụng riêng biệt đã được cài đặt trong thiết bị cho từng cổng, thực hiện thuật toán cầu nối.

Hình 1 Công tắc

Về cơ bản, switch là một cầu nối đa bộ xử lý có khả năng chuyển tiếp đồng thời các khung giữa tất cả các cặp cổng của nó cùng một lúc. Nhưng nếu, khi các bộ xử lý được thêm vào, máy tính không ngừng được gọi là máy tính mà chỉ thêm tính từ “bộ xử lý đa năng”, thì một sự biến thái đã xảy ra với các cầu nối đa bộ xử lý - chúng biến thành các công tắc. Điều này được hỗ trợ bởi phương thức giao tiếp giữa các bộ xử lý riêng lẻ của bộ chuyển mạch - chúng được kết nối bằng ma trận chuyển mạch, tương tự như ma trận của máy tính đa bộ xử lý kết nối bộ xử lý với các khối bộ nhớ. Dần dần, các thiết bị chuyển mạch đã thay thế các cầu nối bộ xử lý đơn cổ điển từ các mạng cục bộ. Lý do chính cho điều này là hiệu suất rất cao mà các bộ chuyển mạch truyền khung giữa các phân đoạn mạng. Nếu các cầu nối thậm chí có thể làm chậm mạng khi hiệu suất của chúng thấp hơn cường độ của luồng khung xen kẽ, thì các bộ chuyển mạch luôn được giải phóng cùng với bộ xử lý cổng có thể truyền khung ở tốc độ tối đa mà giao thức được thiết kế. Thêm vào đó, việc truyền khung song song giữa các cổng đã khiến hiệu suất của bộ chuyển mạch cao hơn nhiều bậc so với cầu - bộ chuyển mạch có thể truyền tới vài triệu khung hình mỗi giây, trong khi cầu thường xử lý 3-5 nghìn khung hình mỗi giây. cho tôi một giây. Điều này đã định trước số phận của những cây cầu và công tắc. Việc nhiều máy tính sử dụng chung một hệ thống cáp dẫn đến giảm đáng kể hiệu suất mạng khi lưu lượng truy cập lớn. Môi trường chia sẻ không còn có thể đáp ứng được luồng khung được truyền và hàng đợi máy tính xuất hiện trên mạng chờ truy cập. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cấu trúc logic của mạng bằng cách sử dụng một bộ chuyển mạch (Hình 2). Cấu trúc mạng logic đề cập đến việc phân chia môi trường chia sẻ chung thành các phân đoạn logic nhằm bản địa hóa lưu lượng của từng phân đoạn mạng riêng lẻ. Trong trường hợp này, các phân đoạn mạng riêng lẻ được kết nối bằng các thiết bị như bộ chuyển mạch. Mạng được chia thành các phân đoạn logic có hiệu suất và độ tin cậy cao hơn. Lợi ích của việc chia môi trường chia sẻ thành các phân đoạn hợp lý:

Sự đơn giản của cấu trúc liên kết mạng, cho phép dễ dàng mở rộng số lượng nút;

Không mất khung do tràn bộ đệm của thiết bị liên lạc, vì khung mới không được truyền vào mạng cho đến khi nhận được khung trước đó - hệ thống phân chia phương tiện tự điều chỉnh luồng khung và tạm dừng các trạm tạo khung quá thường xuyên, buộc chúng chờ truy cập;

Sự đơn giản của các giao thức, đảm bảo chi phí thiết bị chuyển mạch thấp.

Hình 2 Cấu trúc mạng logic sử dụng switch

Do mạng chứa các nhóm máy tính chủ yếu trao đổi thông tin với nhau nên việc chia mạng thành các phân đoạn logic sẽ cải thiện hiệu suất mạng - lưu lượng được cục bộ trong các nhóm và tải trên hệ thống cáp dùng chung của chúng giảm đáng kể.

Mức độ liên quan Chủ đề nghiên cứu được lựa chọn trước hết được xác định bởi sự xâm nhập nhanh chóng của mạng lưới địa phương vào hầu hết các khía cạnh của hoạt động thông tin. Và các thiết bị mạng giúp cải thiện hiệu suất mạng là một phần không thể thiếu của mạng cục bộ. Việc tổ chức mạng cục bộ sử dụng thiết bị mạng đã trở thành tiêu chuẩn khi thiết kế mạng lớn. Định mức này đã thay thế các mạng được xây dựng chỉ trên các đoạn cáp mà các máy tính trên mạng sử dụng để truyền thông tin.

Thứ hai, trong vài năm qua (kể từ năm 2006), các thiết bị chuyển mạch đã bắt đầu đẩy các bộ định tuyến ra khỏi vị trí vững chắc của chúng một cách đáng chú ý. Bộ định tuyến chiếm vị trí trung tâm trong mạng tòa nhà và các thiết bị chuyển mạch được phân bổ ở cấp độ mạng sàn. Ngoài ra, thường có ít bộ chuyển mạch - chúng chỉ được cài đặt trong các phân đoạn mạng rất bận rộn hoặc để kết nối các máy chủ hiệu suất cao. Các bộ chuyển mạch bắt đầu chuyển các bộ định tuyến từ trung tâm mạng sang ngoại vi, nơi chúng được sử dụng để kết nối mạng cục bộ với mạng toàn cầu. Vị trí trung tâm trong mạng của tòa nhà được chiếm giữ bởi một bộ chuyển mạch công ty theo mô-đun, kết hợp tất cả các mạng tầng và bộ phận trên đường trục nội bộ rất hiệu quả của nó. Bộ chuyển mạch đã thay thế bộ định tuyến vì tỷ lệ giá/hiệu suất của chúng hóa ra thấp hơn nhiều so với bộ định tuyến. Đương nhiên, xu hướng tăng cường vai trò của các thiết bị chuyển mạch trong mạng cục bộ là không tuyệt đối. Và bộ định tuyến vẫn có những ứng dụng mà việc sử dụng chúng hợp lý hơn bộ chuyển mạch. Bộ định tuyến vẫn không thể thiếu khi kết nối mạng cục bộ với mạng toàn cầu.

Mục tiêu của công việc– tiết lộ bản chất của nguyên lý hoạt động của công tắc, các tính năng và đặc điểm của nó, đồng thời xem xét phạm vi ứng dụng của nó.

Nhiệm vụ công việc nghiên cứu:

Giải thích khái niệm về switch, bản chất nguyên lý hoạt động, mục đích và vai trò sử dụng nó trong hoạt động của mạng cục bộ;

Hãy xem xét các phân loại và đặc điểm khác nhau của thiết bị này;

Phân tích sự liên quan và triển vọng của việc sử dụng thiết bị chuyển mạch trong việc tổ chức mạng cục bộ.

Đối tượng nghiên cứu Switch là một trong những thiết bị mạng hứa hẹn nhất được sử dụng trong việc tổ chức mạng cục bộ.

Đối tượng nghiên cứu là các tính năng và đặc điểm của thiết bị chuyển mạch.

Cơ cấu công việc.

Chương đầu tiên mô tả các tính năng của bộ chuyển mạch mạng, khái niệm, vai trò của nó trong cấu trúc và nguyên lý hoạt động của mạng.

Chương thứ hai mô tả việc phân loại các thiết bị chuyển mạch hiện đại:

Bằng phương thức đề bạt nhân sự;

Theo thuật toán nguyên lý hoạt động;

Bằng kiến trúc logic bên trong;

Theo lĩnh vực ứng dụng;

Chuyển đổi công nghệ.

Chương thứ ba mô tả các đặc điểm của thiết bị chuyển mạch.

1 Đặc điểm của switch mạng

Trong chương này, chúng ta sẽ xem xét khái niệm về công tắc, mục đích sử dụng và nguyên lý hoạt động của nó.

Switch và vai trò của nó trong cấu trúc mạng

Bộ chuyển mạch hoặc bộ chuyển mạch là một thiết bị được thiết kế để kết nối nhiều nút của mạng máy tính trong một phân đoạn. Switch chỉ truyền dữ liệu trực tiếp đến người nhận. Điều này cải thiện hiệu suất và bảo mật mạng bằng cách giải phóng các phân đoạn mạng khác khỏi phải (và có thể) xử lý dữ liệu không dành cho chúng. Bộ chuyển mạch có thể hợp nhất các máy chủ trên cùng một mạng bằng địa chỉ MAC của chúng. Bộ chuyển mạch chia phương tiện truyền dữ liệu tổng thể thành các phân đoạn logic. Một đoạn logic được hình thành bằng cách kết hợp một số đoạn vật lý (phần cáp). Mỗi phân đoạn logic được kết nối với một cổng chuyển mạch riêng (Hình 3). Khi một khung đến trên bất kỳ cổng nào, switch chỉ lặp lại khung này trên cổng mà phân đoạn được kết nối. Switch truyền các khung song song. Nội dung

Lời giới thiệu………………………………..5
Đặc điểm của bộ chuyển mạch mạng.................................................................................10
Switch và vai trò của nó trong cấu trúc mạng……………………….10
Nguyên lý hoạt động……………………………………..11
Phân loại thiết bị chuyển mạch hiện đại………………………..14
Theo phương pháp thăng tiến nhân sự……..……..14
Đang di chuyển………………………………..14
Với kho lưu trữ trung gian………………………..14
Theo thuật toán nguyên lý hoạt động……………………………….15
Công tắc trong suốt………………………………15
Switch thực hiện thuật toán định tuyến nguồn……………………………….15
Switch thực hiện thuật toán cây khung…………16
Về kiến trúc logic bên trong………………………..16
Công tắc có ma trận chuyển mạch……………………….16
Chuyển mạch bằng bus chung..................................................17
Công tắc bộ nhớ dùng chung………………………………18
Công tắc kết hợp…………..19
Theo lĩnh vực ứng dụng………………………..20
Switch có số cổng cố định ………..20
Công tắc mô-đun………………………..20
Công tắc xếp chồng lên nhau……………………….21
Chuyển đổi công nghệ………………………..21
Bộ chuyển mạch Ethernet……………………………….21
Công tắc vòng mã thông báo……..……..22
Công tắc FDDI……………………………….23
Đặc điểm của thiết bị chuyển mạch.................................................................................24
Băng thông………………………………24
Độ trễ truyền khung.................................................................................24
Tốc độ của các khung hình di chuyển qua mạng……..25
Tốc độ lọc………………………..25
Kết luận………………………………..26
Danh sách các nguồn được sử dụng.................................................................................27

Sau khi công nghệ chuyển mạch thu hút được sự chú ý chung và nhận được đánh giá cao từ các chuyên gia, nhiều công ty đã bắt đầu triển khai công nghệ này trên thiết bị của mình, sử dụng nhiều giải pháp kỹ thuật khác nhau cho việc này. Nhiều thiết bị chuyển mạch thế hệ đầu tiên tương tự như bộ định tuyến, nghĩa là chúng dựa trên bộ xử lý trung tâm đa năng được kết nối với các cổng giao diện thông qua bus tốc độ cao bên trong. Tuy nhiên, nhiều khả năng đây là những thiết bị thử nghiệm nhằm mục đích giúp công ty làm chủ công nghệ chuyển mạch chứ không phải để chinh phục thị trường.

Nhược điểm chính của các thiết bị chuyển mạch như vậy là tốc độ thấp. Bộ xử lý phổ thông không thể đáp ứng được khối lượng lớn các hoạt động chuyên biệt để gửi khung giữa các mô-đun giao diện.

Để tăng tốc hoạt động chuyển mạch, cần có các bộ xử lý chuyên dụng có khả năng liên lạc chuyên dụng, như trong bộ chuyển mạch Kalpana đầu tiên, và chúng đã sớm xuất hiện. Hiện tại, các bộ chuyển mạch sử dụng LSI tùy chỉnh, chuyên dụng được tối ưu hóa để thực hiện các hoạt động chuyển mạch cơ bản. Thông thường, một số LSI chuyên dụng được sử dụng trong một switch, mỗi LSI thực hiện một phần chức năng hoàn chỉnh của hoạt động.

Hiện tại, các thiết bị chuyển mạch sử dụng một trong ba sơ đồ tương tác cho các khối hoặc mô-đun của chúng làm cơ sở:

♦ ma trận chuyển mạch;

♦ bộ nhớ đa đầu vào được chia sẻ;

♦ xe buýt chung.

Thông thường ba phương thức giao tiếp này được kết hợp trong một switch.

Công tắc làm bằng vải

Ma trận chuyển mạch là cách tương tác chính và nhanh nhất giữa các bộ xử lý cổng; nó đã được triển khai trong chuyển mạch mạng cục bộ công nghiệp đầu tiên. Tuy nhiên, việc triển khai ma trận chỉ có thể thực hiện được đối với một số cổng nhất định và độ phức tạp của mạch tăng tỷ lệ với bình phương số lượng cổng chuyển mạch.

Ma trận bao gồm ba mức chuyển mạch nhị phân kết nối đầu vào của chúng với một trong hai đầu ra tùy thuộc vào giá trị của bit thẻ. Các công tắc cấp độ đầu tiên được điều khiển bởi bit đầu tiên của thẻ, cấp độ thứ hai theo cấp độ thứ hai và cấp độ thứ ba theo cấp độ thứ ba.

Ma trận có thể được thực hiện theo một cách khác, dựa trên các mạch tổ hợp thuộc loại khác, nhưng tính năng của nó vẫn là công nghệ chuyển kênh vật lý. Một nhược điểm nổi tiếng của công nghệ này là thiếu bộ đệm dữ liệu bên trong ma trận chuyển mạch - nếu không thể xây dựng kênh tổng hợp do cổng đầu ra bận hoặc phần tử chuyển mạch trung gian, thì dữ liệu phải tích lũy tại nguồn của nó, trong trường hợp này - trong khối đầu vào của cổng nhận khung.

Công tắc xe buýt

Các bộ chuyển mạch bus dùng chung sử dụng bus chia sẻ thời gian tốc độ cao để liên lạc giữa các bộ xử lý cổng. Kiến trúc chuyển mạch này dựa trên bộ xử lý phổ quát, nhưng khác ở chỗ bus là thụ động và vai trò tích cực được thực hiện bởi các bộ xử lý cổng chuyên dụng.

Để bus không trở thành nút cổ chai của switch, hiệu suất của nó phải cao hơn ít nhất N/2 lần tốc độ dữ liệu đến các khối đầu vào của bộ xử lý cổng. Ngoài ra, khung phải được truyền qua bus theo từng phần nhỏ, mỗi phần vài byte, để việc truyền khung giữa một số cổng xảy ra ở chế độ giả song song, mà không gây ra độ trễ cho toàn bộ quá trình truyền khung. Kích thước của ô dữ liệu như vậy được xác định bởi nhà sản xuất bộ chuyển mạch. Một số nhà sản xuất, chẳng hạn như LANNET (hiện là một bộ phận của Madge Networks), đã chọn ô ATM với trường dữ liệu 48 byte làm phần dữ liệu được truyền trong một hoạt động bus. Cách tiếp cận này giúp việc dịch các giao thức LAN sang ATM dễ dàng hơn nếu bộ chuyển mạch hỗ trợ các công nghệ này.

Khối đầu vào bộ xử lý đặt một thẻ vào ô được mang trên bus, thẻ này cho biết số cổng đích. Mỗi khối đầu ra của bộ xử lý cổng chứa một bộ lọc thẻ chọn các thẻ dành cho cổng đó.

Bus, giống như ma trận chuyển mạch, không thể thực hiện đệm trung gian, nhưng do dữ liệu khung được chia thành các ô nhỏ nên không có độ trễ trong thời gian chờ đợi ban đầu để cổng đầu ra khả dụng trong sơ đồ như vậy.

Công tắc bộ nhớ dùng chung

Kiến trúc giao tiếp cổng cơ bản thứ ba là bộ nhớ chia sẻ hai đầu vào.

Các khối đầu vào của bộ xử lý cổng được kết nối với đầu vào được chuyển đổi của bộ nhớ dùng chung và các khối đầu ra của cùng bộ xử lý được kết nối với đầu ra được chuyển đổi của bộ nhớ này. Việc chuyển đổi đầu vào và đầu ra bộ nhớ dùng chung được điều khiển bởi trình quản lý hàng đợi cổng đầu ra. Trong bộ nhớ dùng chung, người quản lý tổ chức một số hàng đợi dữ liệu, một hàng cho mỗi cổng đầu ra. Các khối đầu vào của bộ xử lý gửi yêu cầu đến người quản lý cổng để ghi dữ liệu vào hàng đợi của cổng tương ứng với địa chỉ đích của gói. Đến lượt mình, trình quản lý kết nối đầu vào bộ nhớ với một trong các khối đầu vào của bộ xử lý và nó ghi lại một phần dữ liệu khung vào hàng đợi của một cổng đầu ra cụ thể. Khi hàng đợi lấp đầy, trình quản lý cũng luân phiên kết nối đầu ra của bộ nhớ dùng chung với các khối đầu ra của bộ xử lý cổng và dữ liệu từ hàng đợi được ghi lại vào bộ đệm đầu ra của bộ xử lý.

Bộ nhớ phải đủ nhanh để duy trì tốc độ truyền dữ liệu giữa N cổng của switch. Việc sử dụng bộ nhớ đệm dùng chung, được người quản lý phân phối linh hoạt giữa các cổng riêng lẻ, giúp giảm yêu cầu về kích thước bộ nhớ đệm của bộ xử lý cổng.

Công tắc kết hợp

Mỗi kiến trúc được mô tả đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng nên các kiến trúc này thường được sử dụng kết hợp với nhau trong các switch phức tạp.

Bộ chuyển mạch bao gồm các mô-đun có số cổng cố định (2-8), được chế tạo trên cơ sở ASIC chuyên dụng thực hiện kiến trúc ma trận chuyển mạch. Nếu các cổng mà khung dữ liệu cần được truyền thuộc về cùng một mô-đun thì khung đó sẽ được bộ xử lý mô-đun truyền đi dựa trên ma trận chuyển mạch có sẵn trong mô-đun. Nếu các cổng thuộc về các mô-đun khác nhau thì bộ xử lý sẽ giao tiếp qua một bus chung. Với kiến trúc này, việc truyền khung trong một mô-đun thường sẽ diễn ra nhanh hơn so với truyền giữa các mô-đun, vì ma trận chuyển mạch là cách tương tác cổng nhanh nhất, mặc dù có khả năng mở rộng ít nhất. Tốc độ bus nội bộ của các thiết bị chuyển mạch có thể đạt tới vài Gb/s và đối với các mẫu mạnh nhất - lên tới 10-14 Gb/s.

Người ta có thể tưởng tượng những cách khác để kết hợp kiến trúc, chẳng hạn như sử dụng các mô-đun bộ nhớ dùng chung để tương tác.

Công tắc mô-đun và có thể xếp chồng lên nhau

Về mặt cấu trúc, các công tắc được chia thành:

♦ các công tắc độc lập với số cổng cố định;

♦ công tắc dựa trên khung gầm mô-đun;

♦ các công tắc có số cổng cố định, được tập hợp thành một ngăn xếp.

Loại công tắc đầu tiên thường được thiết kế để tổ chức các nhóm làm việc nhỏ.

Các thiết bị chuyển mạch dựa trên khung mô-đun thường được thiết kế để sử dụng trên đường trục mạng. Do đó, chúng được thực hiện trên cơ sở một số loại sơ đồ kết hợp trong đó sự tương tác của các mô-đun được tổ chức thông qua bus tốc độ cao hoặc dựa trên bộ nhớ chia sẻ nhanh, dung lượng lớn. Các mô-đun của một công tắc như vậy được chế tạo trên cơ sở công nghệ "trao đổi nóng", nghĩa là chúng có thể được thay thế nhanh chóng mà không cần tắt công tắc, vì thiết bị liên lạc trung tâm của mạng sẽ không bị gián đoạn hoạt động. Thùng máy thường được trang bị nguồn điện dự phòng và quạt dự phòng cho cùng mục đích. Nhìn chung, các bộ chuyển mạch như vậy giống với các bộ định tuyến cao cấp hoặc các trung tâm đa chức năng dành cho doanh nghiệp, vì vậy đôi khi chúng bao gồm, ngoài mô-đun chuyển mạch, các mô-đun bộ lặp hoặc bộ định tuyến.

Từ quan điểm kỹ thuật, các công tắc xếp chồng được đặc biệt quan tâm. Các thiết bị này là các công tắc có thể hoạt động tự động, vì chúng được chế tạo trong một vỏ riêng biệt, nhưng có các giao diện đặc biệt cho phép chúng được kết hợp thành một hệ thống chung hoạt động như một công tắc duy nhất. Trong trường hợp này, các công tắc riêng lẻ được cho là tạo thành một ngăn xếp.

Thông thường, giao diện đặc biệt này là một bus tốc độ cao cho phép kết hợp các khung riêng lẻ giống như các mô-đun trong một bộ chuyển mạch dựa trên khung. Do khoảng cách giữa các thùng máy lớn hơn giữa các mô-đun trên khung máy nên tốc độ truyền bus thường thấp hơn so với các công tắc mô-đun: 200-400 Mb/s. Tốc độ giao tiếp giữa các switch ngăn xếp không cao cũng là do các switch ngăn xếp thường chiếm vị trí trung gian giữa các switch có số lượng cổng cố định và các switch dựa trên khung máy. Các thiết bị chuyển mạch xếp chồng được sử dụng để tạo ra mạng lưới các nhóm làm việc và phòng ban, vì vậy chúng không thực sự cần tốc độ cực cao của các bus trao đổi và không tương ứng với phạm vi giá của chúng.

Cisco đã đề xuất một cách tiếp cận khác để tổ chức ngăn xếp. Bộ chuyển mạch Catalyst 3000 của nó (trước đây gọi là EtherSwitch Pro Stack) cũng có giao diện ngăn xếp 280 Mb/s chuyên dụng, nhưng thay vì kết nối các bộ chuyển mạch với nhau, nó kết nối chúng với một thiết bị riêng biệt chứa cấu trúc chuyển mạch 8x8 cho phép hiệu suất cao hơn. hiệu suất truyền thông giữa bất kỳ cặp thiết bị chuyển mạch nào.

Chuyển đổi tính năng hiệu suất

Các đặc điểm chính của một switch đo hiệu suất của nó là:

♦ tốc độ lọc;

♦ tốc độ định tuyến (chuyển tiếp);

♦ thông lượng;

♦ độ trễ truyền khung.

Ngoài ra, có một số đặc điểm của bộ chuyển mạch có tác động lớn nhất đến các thông số hiệu suất này. Bao gồm các:

♦ kích thước bộ đệm khung;

♦ hiệu suất xe buýt nội bộ;

♦ hiệu suất của bộ xử lý hoặc các bộ xử lý;

♦ kích thước của bảng địa chỉ nội bộ.

Tốc độ lọc và tốc độ trước

Lọc khung và tốc độ chuyển tiếp là hai đặc tính hiệu suất chính của bộ chuyển mạch. Những đặc điểm này là các chỉ báo không thể thiếu; chúng không phụ thuộc vào cách thực hiện chuyển đổi về mặt kỹ thuật.

Tốc độ lọc xác định tốc độ mà switch thực hiện các bước xử lý khung sau:

♦ nhận khung vào bộ đệm của bạn,

♦ phá hủy khung vì cổng đích của nó giống với cổng nguồn.

Tốc độ chuyển tiếp xác định tốc độ mà switch thực hiện các bước xử lý khung sau:

♦ nhận khung vào bộ đệm của bạn,

♦ duyệt bảng địa chỉ để tìm cổng cho địa chỉ đích của khung,

♦ truyền khung tới mạng thông qua cổng đích được tìm thấy trong bảng địa chỉ.

Cả tốc độ lọc và tốc độ chuyển tiếp thường được đo bằng khung hình trên giây. Nếu các đặc điểm của bộ chuyển mạch không chỉ định tốc độ lọc và chuyển tiếp được cung cấp cho giao thức nào và kích thước khung nào, thì theo mặc định, người ta giả định rằng các chỉ báo này được cung cấp cho giao thức Ethernet và các khung có kích thước tối thiểu, nghĩa là, khung dài 64 byte (không có phần mở đầu), với trường dữ liệu 46 byte. Nếu tốc độ được đưa ra cho một giao thức cụ thể, chẳng hạn như Token Ring hoặc FDDI, thì chúng cũng được đưa ra cho các khung có độ dài tối thiểu của giao thức đó (ví dụ: khung 29 byte cho giao thức FDDI). Việc sử dụng các khung có độ dài tối thiểu làm chỉ báo chính về tốc độ của bộ chuyển mạch được giải thích bởi thực tế là các khung như vậy luôn tạo ra chế độ vận hành khó khăn nhất cho bộ chuyển mạch so với các khung của các định dạng khác có thông lượng dữ liệu người dùng được truyền ngang nhau. Do đó, khi kiểm tra một công tắc, chế độ độ dài khung tối thiểu được sử dụng làm thử nghiệm khó khăn nhất, chế độ này sẽ xác minh khả năng hoạt động của công tắc trong sự kết hợp các thông số lưu lượng kém nhất đối với nó. Ngoài ra, đối với các gói có độ dài tối thiểu, tốc độ lọc và chuyển tiếp có giá trị tối đa, điều này có tầm quan trọng không nhỏ khi quảng cáo một switch.

Thông lượng của một switch được đo bằng lượng dữ liệu người dùng được truyền trên một đơn vị thời gian qua các cổng của nó. Do bộ chuyển mạch hoạt động ở cấp độ liên kết dữ liệu nên dữ liệu người dùng của nó là dữ liệu được truyền đến trường dữ liệu của các khung giao thức lớp liên kết dữ liệu - Ethernet, Token Ring, FDDI, v.v. Giá trị tối đa của thông lượng chuyển mạch luôn đạt được trên các khung có độ dài tối đa, vì trong trường hợp này, phần chi phí chung cho thông tin dịch vụ khung thấp hơn nhiều so với các khung có độ dài tối thiểu và thời gian bộ chuyển mạch thực hiện các hoạt động xử lý khung trên một khung. byte thông tin người dùng ít hơn đáng kể.

Sự phụ thuộc của thông lượng của bộ chuyển mạch vào kích thước của các khung được truyền được minh họa rõ ràng bằng ví dụ về giao thức Ethernet, trong đó, khi truyền các khung có độ dài tối thiểu, tốc độ truyền là 14880 khung hình mỗi giây và thông lượng là 5,48 Mb/s. đạt được và khi truyền các khung hình có độ dài tối đa, tốc độ truyền đạt là 812 khung hình mỗi giây và thông lượng 9,74 Mb/s. Thông lượng giảm gần gấp đôi khi chuyển sang các khung có độ dài tối thiểu và điều này không tính đến việc mất thời gian xử lý khung bằng bộ chuyển mạch.

Độ trễ truyền khung được đo bằng thời gian trôi qua kể từ thời điểm byte đầu tiên của khung đến cổng đầu vào của bộ chuyển mạch cho đến thời điểm byte này xuất hiện ở cổng đầu ra của bộ chuyển mạch. Độ trễ bao gồm thời gian đệm các byte của khung cũng như thời gian xử lý khung bằng bộ chuyển mạch - xem qua bảng địa chỉ, đưa ra quyết định lọc hoặc chuyển tiếp và giành quyền truy cập vào môi trường cổng đầu ra.

Lượng độ trễ do công tắc tạo ra phụ thuộc vào chế độ hoạt động của nó. Nếu quá trình chuyển đổi được thực hiện “nhanh chóng”, thì độ trễ thường nhỏ và nằm trong khoảng từ 10 µs đến 40 µs và với bộ đệm toàn khung hình - từ 50 µs đến 200 µs (đối với các khung có độ dài tối thiểu).

Bộ chuyển mạch là một thiết bị đa cổng, do đó, theo thông lệ, nó sẽ cung cấp tất cả các đặc điểm trên (ngoại trừ độ trễ truyền khung) trong hai phiên bản. Tùy chọn đầu tiên là tổng hiệu suất của switch khi truyền đồng thời lưu lượng trên tất cả các cổng của nó, tùy chọn thứ hai là hiệu suất trên mỗi cổng.

Vì khi lưu lượng được truyền đồng thời bởi một số cổng, có một số lượng lớn các tùy chọn lưu lượng, khác nhau về kích thước khung trong luồng, sự phân bố cường độ trung bình của luồng khung giữa các cổng đích, hệ số biến đổi cường độ của luồng khung, v.v. v.v., thì khi so sánh các thiết bị chuyển mạch theo hiệu suất, cần phải tính đến biến thể lưu lượng nào mà dữ liệu hiệu suất được công bố đã thu được. Thật không may, đối với các thiết bị chuyển mạch (hoặc đối với bộ định tuyến), không có điểm chuẩn lưu lượng được chấp nhận chung nào có thể được sử dụng để đạt được các đặc tính hiệu suất tương đương, như được thực hiện đối với các đặc tính hiệu suất tính toán như TPC-A hoặc SPECint92. Một số phòng thí nghiệm liên tục kiểm tra thiết bị truyền thông đã phát triển các mô tả chi tiết về các điều kiện thử nghiệm đối với thiết bị chuyển mạch và sử dụng chúng trong thực tế, nhưng những thử nghiệm này vẫn chưa trở nên phổ biến trong công nghiệp.

Ước tính hiệu suất chuyển đổi tổng thể cần thiết

Lý tưởng nhất là một bộ chuyển mạch được cài đặt trên mạng sẽ truyền các khung giữa các nút được kết nối với các cổng của nó với tốc độ mà các nút tạo ra các khung này mà không gây ra thêm độ trễ hoặc mất một khung nào. Trong thực tế, bộ chuyển mạch luôn gây ra một số độ trễ khi truyền khung và cũng có thể làm mất một số khung, nghĩa là không gửi chúng đến người nhận. Do sự khác biệt trong tổ chức bên trong của các mô hình chuyển mạch khác nhau, rất khó để dự đoán cách một chuyển mạch cụ thể sẽ truyền các khung cho bất kỳ mẫu lưu lượng cụ thể nào. Tiêu chí tốt nhất vẫn là thực hành đặt một bộ chuyển mạch trong mạng thực và đo độ trễ mà nó đưa ra cũng như số lượng khung hình bị mất. Tuy nhiên, có một số phép tính đơn giản có thể cho bạn ý tưởng về cách hoạt động của công tắc trong tình huống thực tế.

Cơ sở để đánh giá cách một bộ chuyển mạch sẽ xử lý giao tiếp của các nút hoặc phân đoạn được kết nối với cổng của nó là dữ liệu về cường độ lưu lượng trung bình giữa các nút mạng. Điều này có nghĩa là bằng cách nào đó chúng ta cần ước tính trung bình có bao nhiêu khung hình mỗi giây, một nút được kết nối với cổng P2 tạo ra một nút được kết nối với cổng P4 (lưu lượng P24), một nút được kết nối với cổng R3 (lưu lượng P23), v.v. , đến nút được kết nối với cổng P6. Sau đó, quy trình này phải được lặp lại đối với lưu lượng được tạo bởi các nút kết nối với cổng 3, 4, 5 và 6. Nói chung, cường độ lưu lượng được tạo bởi nút này đến nút khác không giống với cường độ lưu lượng được tạo theo hướng ngược lại .

Kết quả của việc nghiên cứu giao thông sẽ là xây dựng ma trận giao thông. Lưu lượng truy cập có thể được đo bằng cả khung hình trên giây và bit trên giây. Vì các giá trị lưu lượng yêu cầu sau đó sẽ được so sánh với các chỉ báo hiệu suất của bộ chuyển mạch nên chúng cần phải có cùng đơn vị. Để rõ ràng, chúng ta sẽ giả sử rằng trong ví dụ đang xem xét, lưu lượng và hiệu suất chuyển mạch được đo bằng bit trên giây.

Một ma trận tương tự được xây dựng bởi các tác nhân RMON MIB (biến Traffic Matrix), được tích hợp trong bộ điều hợp mạng hoặc thiết bị liên lạc khác.

Để switch có thể đáp ứng được việc hỗ trợ ma trận lưu lượng yêu cầu, một số điều kiện phải được đáp ứng.

1. Hiệu suất tổng thể của switch phải cao hơn
hoặc bằng tổng cường độ lưu lượng truyền.

Nếu sự bất bình đẳng này không được thỏa mãn thì bộ chuyển mạch chắc chắn sẽ không thể xử lý được luồng khung hình đến nó và chúng sẽ bị mất do tràn bộ đệm bên trong. Vì công thức bao gồm các giá trị trung bình của cường độ lưu lượng truy cập nên không có số lượng nào, thậm chí kích thước rất lớn của bộ đệm bên trong hoặc bộ đệm chuyển đổi, có thể bù đắp cho việc xử lý khung quá chậm.

Hiệu suất tổng thể của bộ chuyển mạch được đảm bảo bởi hiệu suất đủ cao của từng thành phần riêng lẻ - bộ xử lý cổng, ma trận chuyển mạch, mô-đun kết nối bus chung, v.v. Bất kể tổ chức bên trong của bộ chuyển mạch và các phương pháp điều hành hoạt động của nó, có thể xác định các yêu cầu hiệu suất khá đơn giản cho các phần tử cần thiết để hỗ trợ ma trận lưu lượng nhất định. Hãy liệt kê một số trong số họ.

2. Hiệu suất giao thức tối đa danh nghĩa
mỗi cổng của công tắc phải không nhỏ hơn cường độ trung bình
tổng lưu lượng qua cảng.

3. Hiệu suất xử lý của mỗi cổng không được thấp hơn cường độ trung bình của tổng lưu lượng truy cập đi qua cổng. Điều kiện tương tự như điều kiện trước, nhưng thay vì hiệu suất danh nghĩa của giao thức được hỗ trợ, nó phải sử dụng hiệu suất của bộ xử lý cổng.

4. Hiệu suất của bus nội bộ của switch phải không thấp hơn cường độ trung bình của tổng lưu lượng truyền giữa các cổng thuộc các module switch khác nhau.

Việc kiểm tra này rõ ràng chỉ nên được thực hiện trên những thiết bị chuyển mạch có kiến trúc mô-đun bên trong sử dụng bus chung để liên lạc giữa các mô-đun. Đối với các thiết bị chuyển mạch có tổ chức nội bộ khác, chẳng hạn như có bộ nhớ dùng chung, có thể dễ dàng đề xuất các công thức tương tự để kiểm tra hiệu suất đầy đủ của các phần tử bên trong của chúng.

Các điều kiện trên là cần thiết để switch có thể xử lý tác vụ ở mức trung bình và không bị mất khung hình liên tục. Nếu ít nhất một trong các điều kiện trên không được đáp ứng, thì việc mất khung không phải là hiện tượng xảy ra theo giai đoạn trong các giá trị lưu lượng truy cập cao điểm mà là hiện tượng không đổi, vì ngay cả các giá trị lưu lượng truy cập trung bình cũng vượt quá khả năng của bộ chuyển mạch.

Điều kiện 1 và 2 áp dụng cho các thiết bị chuyển mạch của bất kỳ tổ chức nội bộ nào và điều kiện 3 và 4 được đưa ra làm ví dụ về sự cần thiết phải xem xét hiệu suất của từng cổng riêng lẻ.

Bởi vì các nhà sản xuất bộ chuyển mạch cố gắng tạo ra thiết bị của họ nhanh nhất có thể nên hiệu suất bên trong tổng thể của bộ chuyển mạch thường vượt quá một mức nào đó lượng lưu lượng truy cập trung bình có thể được gửi đến các cổng chuyển mạch theo giao thức của họ. Các công tắc như vậy được gọi là không chặn, điều này nhấn mạnh thực tế là bất kỳ loại lưu lượng nào cũng được truyền đi mà không làm giảm cường độ của nó.

Tuy nhiên, bất kể hiệu suất tổng thể của bộ chuyển mạch là bao nhiêu, bạn luôn có thể chỉ định cho nó sự phân bổ lưu lượng giữa các cổng mà bộ chuyển mạch không thể đối phó và chắc chắn sẽ bắt đầu mất khung. Để làm được điều này, chỉ cần tổng lưu lượng truyền qua switch cho bất kỳ cổng đầu ra nào của nó vượt quá dung lượng giao thức tối đa của cổng này là đủ. Ví dụ: nếu mỗi cổng P4, P5 và P6 gửi 5 Mbps đến cổng P2, thì cổng P2 sẽ không thể truyền lưu lượng với cường độ trung bình 15 Mbps tới mạng, ngay cả khi bộ xử lý của cổng này có hiệu suất như vậy. Bộ đệm của cổng P2 sẽ lấp đầy với tốc độ

15 Mb/s và tiêu hao ở tốc độ tối đa 10 Mb/s, do đó lượng dữ liệu thô sẽ tăng với tốc độ 5 Mb/s, chắc chắn sẽ dẫn đến tràn bộ đệm có kích thước hữu hạn và do đó mất khung .

Từ ví dụ trên, rõ ràng là các thiết bị chuyển mạch chỉ có thể khai thác triệt để hiệu suất bên trong cao của chúng trong trường hợp lưu lượng cân bằng tốt, khi xác suất truyền khung từ cổng này sang cổng khác là xấp xỉ bằng nhau. Trong trường hợp “biến dạng” lưu lượng truy cập, khi một số cổng chủ yếu gửi lưu lượng truy cập của chúng đến một cổng, bộ chuyển mạch có thể không thể đáp ứng được nhiệm vụ, thậm chí không phải do bộ xử lý cổng của nó không đủ hiệu suất mà do các hạn chế về giao thức cổng.

Bộ chuyển mạch có thể mất một tỷ lệ lớn khung hình ngay cả trong trường hợp đáp ứng tất cả các điều kiện trên, vì chúng cần thiết nhưng không đủ để chuyển tiếp kịp thời các khung nhận được tại cổng máy thu. Những điều kiện này không đủ vì chúng đơn giản hóa rất nhiều quá trình truyền khung thông qua bộ chuyển mạch. Chỉ tập trung vào các giá trị trung bình của cường độ luồng không tính đến các xung đột phát sinh giữa cổng và bộ phát bộ điều hợp mạng của máy tính, tổn thất trong khi chờ truy cập vào phương tiện và các hiện tượng khác gây ra bởi các khoảnh khắc tạo khung ngẫu nhiên , kích thước khung ngẫu nhiên và các yếu tố ngẫu nhiên khác làm giảm đáng kể việc chuyển đổi hiệu suất thực. Tuy nhiên, việc sử dụng những ước tính này rất hữu ích vì nó cho phép chúng ta xác định các trường hợp trong đó việc sử dụng một mô hình chuyển mạch cụ thể cho một mạng cụ thể rõ ràng là không thể chấp nhận được.

Vì không phải lúc nào cũng có thể ước tính cường độ luồng khung giữa các nút mạng, nên ở cuối phần này chúng tôi trình bày một mối quan hệ cho phép chúng tôi nói rằng bộ chuyển mạch có đủ hiệu suất bên trong để hỗ trợ luồng khung nếu chúng đi qua tất cả các cổng của nó với cường độ tối đa. Nói cách khác, chúng ta đạt được điều kiện là đối với một tập hợp cổng nhất định thì bộ chuyển mạch không bị chặn.

Rõ ràng, một switch sẽ không bị chặn nếu tổng hiệu suất bên trong của switch bằng tổng dung lượng giao thức tối đa của tất cả các cổng của nó.

Nghĩa là, ví dụ: nếu một bộ chuyển mạch có 12 cổng Ethernet và 2 cổng Fast Ethernet, thì hiệu suất bên trong 320 Mbps sẽ đủ để xử lý mọi phân phối lưu lượng truy cập vào bộ chuyển mạch thông qua các cổng của nó. Tuy nhiên, hiệu suất bên trong này là dư thừa, vì bộ chuyển mạch được thiết kế không chỉ để nhận các khung mà còn để truyền chúng đến cổng đích. Do đó, tất cả các cổng switch không thể liên tục chỉ nhận thông tin từ bên ngoài với tốc độ tối đa - cường độ thông tin trung bình đi qua tất cả các cổng switch phải bằng cường độ trung bình của thông tin nhận được. Do đó, tốc độ tối đa của thông tin được truyền qua bộ chuyển mạch ở chế độ ổn định bằng một nửa tổng thông lượng của tất cả các cổng - mỗi khung đầu vào là khung đầu ra cho một số cổng. Theo tuyên bố này, để bộ chuyển mạch hoạt động bình thường, chỉ cần hiệu suất tổng thể bên trong của nó bằng một nửa tổng thông lượng giao thức tối đa của tất cả các cổng của nó là đủ.

Do đó, đối với một bộ chuyển mạch có 12 cổng Ethernet và 2 cổng Fast Ethernet, chỉ cần có hiệu suất tổng thể trung bình là 160 Mb/s là đủ để truyền bất kỳ tùy chọn phân phối lưu lượng nào có thể được truyền bởi các cổng của nó trong một khoảng thời gian khá dài. thời gian.

Một lần nữa, phải nhấn mạnh rằng điều kiện này chỉ đảm bảo rằng các phần tử bên trong của bộ chuyển mạch - bộ xử lý cổng, bus liên mô-đun, bộ xử lý trung tâm, v.v. - đối phó với việc xử lý lưu lượng truy cập đến. Sự không đối xứng trong việc phân phối lưu lượng này trên các cổng đầu ra luôn có thể dẫn đến việc lưu lượng không thể được gửi tới mạng kịp thời do các hạn chế về giao thức cổng. Để tránh mất khung, nhiều nhà sản xuất bộ chuyển mạch sử dụng các giải pháp độc quyền cho phép họ “làm chậm” bộ phát của các nút được kết nối với bộ chuyển mạch, nghĩa là họ đưa ra các điều khiển luồng mà không sửa đổi giao thức cổng của nút cuối. Những phương pháp này sẽ được thảo luận dưới đây khi xem xét các khả năng bổ sung của thiết bị chuyển mạch.

Ngoài thông lượng của các phần tử chuyển mạch riêng lẻ, chẳng hạn như bộ xử lý cổng hoặc bus chung, hiệu suất của bộ chuyển mạch còn bị ảnh hưởng bởi các tham số như kích thước của bảng địa chỉ và kích thước của bộ đệm chung hoặc bộ đệm cổng riêng lẻ.

Kích thước bảng địa chỉ

Dung lượng bảng địa chỉ tối đa xác định số lượng địa chỉ MAC tối đa mà switch có thể xử lý đồng thời. Vì các bộ chuyển mạch thường sử dụng một bộ xử lý chuyên dụng để thực hiện các thao tác trên mỗi cổng với bộ nhớ riêng để lưu trữ một phiên bản của bảng địa chỉ, nên kích thước của bảng địa chỉ cho các bộ chuyển mạch thường được cung cấp cho mỗi cổng. Các phiên bản bảng địa chỉ của các mô-đun bộ xử lý khác nhau không nhất thiết phải chứa cùng một thông tin địa chỉ - rất có thể sẽ không có nhiều địa chỉ trùng lặp, trừ khi phân bổ lưu lượng trên mỗi cổng hoàn toàn bằng nhau giữa các cổng khác. Mỗi cổng chỉ lưu trữ những bộ địa chỉ mà nó đã sử dụng gần đây.

Số lượng địa chỉ MAC tối đa mà bộ xử lý cổng có thể nhớ tùy thuộc vào ứng dụng của switch. Các bộ chuyển mạch nhóm làm việc thường chỉ hỗ trợ một vài địa chỉ trên mỗi cổng vì chúng được thiết kế để tạo thành các phân đoạn vi mô. Bộ chuyển mạch bộ phận phải hỗ trợ hàng trăm địa chỉ và bộ chuyển mạch đường trục mạng phải hỗ trợ lên tới vài nghìn địa chỉ, thường là địa chỉ 4K-8K.

Một số nhà sản xuất bộ chuyển mạch giải quyết vấn đề này bằng cách thay đổi thuật toán xử lý các khung có địa chỉ đích không xác định. Một trong các cổng switch được cấu hình là cổng trung kế, theo mặc định tất cả các khung có địa chỉ không xác định sẽ được gửi đến. Kỹ thuật này đã được sử dụng trong các bộ định tuyến từ lâu, giúp giảm kích thước của bảng địa chỉ trong các mạng được tổ chức theo nguyên tắc phân cấp.

Một khung được truyền đến một cổng trung kế với giả định rằng cổng này được kết nối với một bộ chuyển mạch ngược dòng, có đủ dung lượng bảng địa chỉ và biết nơi gửi bất kỳ khung nào. Một ví dụ về việc truyền frame thành công khi sử dụng cổng trunk là switch cấp trên có thông tin về tất cả các nút mạng, do đó frame có địa chỉ MAIS đích, được truyền tới nó qua cổng trunk, được truyền qua cổng 2 tới switch nút có địa chỉ MAIS được kết nối tới.

Mặc dù phương pháp cổng trung kế sẽ hoạt động hiệu quả trong nhiều trường hợp, nhưng có thể tưởng tượng ra các tình huống trong đó các khung sẽ bị mất. Một tình huống như sau: một bộ chuyển mạch hạ lưu đã loại bỏ địa chỉ MAC8, được kết nối với cổng 4 của nó, khỏi bảng địa chỉ của nó để nhường chỗ cho một địa chỉ MAC mới. Khi một khung đến với địa chỉ đích MAC8, bộ chuyển mạch sẽ truyền nó đến cổng trung kế 5, qua đó khung đi vào bộ chuyển mạch cấp trên. Công tắc này nhìn thấy từ bảng địa chỉ của nó rằng địa chỉ MAC8 thuộc về cổng 1 của nó, qua đó nó đã vào công tắc. Do đó, khung không được xử lý thêm và chỉ được lọc và do đó không đến được người nhận. Do đó, sẽ đáng tin cậy hơn khi sử dụng các switch có bảng địa chỉ đầy đủ cho mỗi cổng, cũng như hỗ trợ bảng địa chỉ chung bằng mô-đun quản lý switch.

Dung lượng bộ đệm

Bộ nhớ đệm bên trong của switch cần thiết để lưu trữ tạm thời các khung dữ liệu trong trường hợp chúng không thể được truyền ngay đến cổng đầu ra. Bộ đệm được thiết kế để làm dịu các đợt bùng phát lưu lượng truy cập ngắn hạn. Rốt cuộc, ngay cả khi lưu lượng được cân bằng tốt và hiệu suất của bộ xử lý cổng cũng như các phần tử xử lý khác của bộ chuyển mạch đủ để truyền các giá trị lưu lượng trung bình, điều này không đảm bảo rằng hiệu suất của chúng sẽ đủ cho lưu lượng đỉnh rất lớn. tải. Ví dụ: lưu lượng có thể đến đồng thời ở tất cả các đầu vào của bộ chuyển mạch trong vòng vài chục mili giây, ngăn không cho nó truyền các khung nhận được đến các cổng đầu ra.

Để tránh mất khung khi cường độ lưu lượng truy cập trung bình bị vượt quá nhiều lần trong một thời gian ngắn (và đối với mạng cục bộ, các giá trị hệ số gợn sóng lưu lượng thường được tìm thấy trong khoảng 50-100), phương tiện duy nhất là bộ đệm dung lượng lớn. Giống như bảng địa chỉ, mỗi mô-đun bộ xử lý cổng thường có bộ nhớ đệm riêng để lưu trữ các khung. Dung lượng của bộ nhớ này càng lớn thì khả năng mất khung do quá tải càng ít, mặc dù nếu giá trị lưu lượng trung bình không cân bằng thì bộ đệm sớm hay muộn sẽ bị tràn.

Thông thường, các thiết bị chuyển mạch được thiết kế để hoạt động ở những phần quan trọng của mạng có bộ nhớ đệm vài chục hoặc hàng trăm kilobyte trên mỗi cổng. Thật tốt khi bộ nhớ đệm này có thể được phân phối lại giữa một số cổng, vì tình trạng quá tải đồng thời trên một số cổng là không thể xảy ra. Một phương tiện bảo vệ bổ sung có thể là bộ đệm chung cho tất cả các cổng trong mô-đun quản lý chuyển mạch. Bộ đệm như vậy thường có dung lượng vài megabyte.

Các tính năng chuyển đổi bổ sung

Vì switch là một thiết bị tính toán phức tạp có nhiều mô-đun bộ xử lý nên việc tải nó là điều đương nhiên, ngoài việc thực hiện chức năng chính là truyền khung từ cổng này sang cổng khác bằng thuật toán cầu nối, với một số chức năng bổ sung hữu ích trong việc xây dựng tính linh hoạt và đáng tin cậy. mạng. Phần sau đây mô tả các tính năng chuyển mạch nâng cao phổ biến nhất được hầu hết các nhà sản xuất thiết bị truyền thông hỗ trợ.

Dịch các giao thức lớp liên kết

Các bộ chuyển mạch có thể dịch một giao thức lớp liên kết sang một giao thức khác, ví dụ: Ethernet sang FDDI, Fast Ethernet sang Token Ring, v.v. Hơn nữa, chúng hoạt động bằng các thuật toán tương tự như cầu phát sóng, nghĩa là tuân theo các thông số kỹ thuật RFC 1042 và 802.1H, xác định các quy tắc chuyển đổi trường khung của các giao thức khác nhau.

Việc dịch các giao thức mạng cục bộ được tạo điều kiện thuận lợi bởi thực tế là công việc phức tạp nhất mà bộ định tuyến và cổng thường thực hiện khi kết nối các mạng không đồng nhất, cụ thể là công việc dịch thông tin địa chỉ, không cần phải thực hiện trong trường hợp này. Tất cả các nút cuối của mạng cục bộ đều có địa chỉ duy nhất có cùng định dạng, bất kể giao thức được hỗ trợ. Do đó, địa chỉ của NIC Ethernet được FDDI NIC hiểu và chúng có thể sử dụng các địa chỉ này trong các trường của khung mà không cần nghĩ rằng nút mà chúng đang giao tiếp thuộc về một mạng chạy trên công nghệ khác.

Do đó, khi đàm phán các giao thức mạng cục bộ, các switch không xây dựng bảng tương ứng địa chỉ máy chủ mà chuyển địa chỉ đích và địa chỉ nguồn từ khung của giao thức này sang khung của giao thức khác. Chuyển đổi duy nhất có thể cần được thực hiện là chuyển đổi thứ tự bit nếu mạng Ethernet đang được khớp với mạng Token Ring hoặc FDDI. Điều này là do thực tế là các mạng Ethernet áp dụng cái gọi là hình thức truyền địa chỉ chuẩn trên mạng, khi bit ít quan trọng nhất của byte quan trọng nhất của địa chỉ được truyền trước tiên. Trong mạng FDDI và Token Ring, bit quan trọng nhất của byte quan trọng nhất của địa chỉ luôn được truyền trước tiên. Do công nghệ lOOVG-AnyLAN sử dụng khung Ethernet hoặc Token Ring nên việc chuyển đổi sang các công nghệ khác phụ thuộc vào khung giao thức nào được sử dụng trong một phân đoạn nhất định của mạng lOOVG-AnyLAN.

Ngoài việc thay đổi thứ tự bit khi truyền byte địa chỉ, việc dịch giao thức Ethernet (và Fast Ethernet, sử dụng định dạng khung Ethernet) sang giao thức FDDI và Token Ring bao gồm việc thực hiện các thao tác sau (có thể không phải tất cả):

♦ Tính toán độ dài của trường dữ liệu khung và đặt giá trị này vào trường Độ dài khi truyền khung từ mạng FDDI hoặc Token Ring đến mạng Ethernet 802.3 (không có trường độ dài trong khung FDDI và Token Ring).

♦ Điền vào các trường trạng thái khung khi truyền khung từ mạng FDDI hoặc Token Ring sang mạng Ethernet. Các khung FDDI và Token Ring có hai bit phải được thiết lập bởi trạm mà khung đó được dự định - bit nhận dạng địa chỉ A và bit sao chép khung C. Khi nhận được khung, trạm phải đặt hai bit này để khung hình quay trở lại trạm đã tạo ra nó, mang lại dữ liệu phản hồi. Khi một công tắc truyền một khung đến một mạng khác, không có quy tắc chuẩn nào để thiết lập các bit A và C trong khung lặp lại trạm nguồn. Vì vậy, các nhà sản xuất switch sẽ giải quyết vấn đề này theo quyết định riêng của họ.

♦ Bỏ các khung được gửi từ mạng FDDI hoặc Token Ring sang mạng Ethernet có kích thước trường dữ liệu lớn hơn 1500 byte, vì đây là giá trị trường dữ liệu tối đa có thể có cho mạng Ethernet. Trong tương lai, có thể cắt bớt kích thước trường dữ liệu tối đa của mạng FDDI hoặc Token Ring bằng các giao thức cấp cao hơn, ví dụ: TCP. Một giải pháp khác cho vấn đề này là bộ chuyển mạch hỗ trợ phân mảnh IP, nhưng điều này trước tiên đòi hỏi phải triển khai giao thức lớp mạng trong bộ chuyển mạch và thứ hai là hỗ trợ giao thức IP bởi các nút tương tác của mạng được dịch.

♦ Điền vào trường Loại (loại giao thức trong trường dữ liệu) của khung Ethernet II khi khung đến từ mạng,

hỗ trợ các khung FDDI hoặc Token Ring không có trường này. Để lưu trữ thông tin trong trường Loại, tiêu chuẩn RFC 1042 đề xuất sử dụng trường Loại của tiêu đề khung LLC/SNAP, được chèn vào trường dữ liệu của khung MAC của giao thức FDDI hoặc Token Ring. Chuyển đổi ngược chuyển giá trị từ trường Loại của tiêu đề LLC/SNAP sang trường Loại của khung Ethernet II.

♦ Tính toán lại tổng kiểm tra khung theo giá trị được tạo của các trường dịch vụ khung.

Hỗ trợ thuật toán Spanning Tree

Thuật toán Spanning Tree (STA) cho phép các switch tự động xác định cấu hình dạng cây của các kết nối trong mạng khi tùy ý kết nối các cổng với nhau. Như đã lưu ý, hoạt động bình thường của bộ chuyển mạch yêu cầu không có các tuyến đóng trong mạng. Các tuyến này có thể được quản trị viên tạo riêng để tạo kết nối dự phòng hoặc chúng có thể phát sinh ngẫu nhiên, điều này hoàn toàn có thể xảy ra nếu mạng có nhiều kết nối và hệ thống cáp có cấu trúc hoặc tài liệu kém.

Các bộ chuyển mạch hỗ trợ thuật toán STA sẽ tự động tạo cấu hình liên kết giống như cây đang hoạt động (nghĩa là cấu hình được kết nối không có vòng lặp) trên tập hợp tất cả các liên kết trong mạng. Cấu hình này được gọi là cây bao trùm (đôi khi được gọi là cây bao trùm hoặc cây lõi) và nó đặt tên cho toàn bộ thuật toán.

Switch tìm cây bao trùm một cách thích ứng bằng cách trao đổi các gói dịch vụ. Việc triển khai thuật toán STA trong bộ chuyển mạch là rất quan trọng để làm việc trong các mạng lớn - nếu bộ chuyển mạch không hỗ trợ thuật toán này thì quản trị viên phải xác định độc lập cổng nào cần được đặt ở trạng thái bị chặn để loại bỏ vòng lặp. Ngoài ra, nếu bất kỳ kết nối, cổng hoặc bộ chuyển mạch nào bị lỗi, trước tiên, quản trị viên phải phát hiện thực tế lỗi và thứ hai, loại bỏ hậu quả của lỗi bằng cách chuyển kết nối dự phòng sang chế độ vận hành bằng cách kích hoạt một số cổng.

Định nghĩa cơ bản

Mạng xác định một switch gốc mà từ đó cây được xây dựng. Công tắc gốc có thể được chọn tự động hoặc do quản trị viên chỉ định. Khi tự động chọn

Công tắc có địa chỉ MAC thấp hơn của bộ điều khiển sẽ trở thành công tắc thấp hơn.

Đối với mỗi bộ chuyển mạch, một cổng gốc được xác định - đây là cổng có khoảng cách ngắn nhất trên mạng đến bộ chuyển mạch gốc (chính xác hơn là tới bất kỳ cổng nào của bộ chuyển mạch gốc). Sau đó, đối với mỗi phân đoạn mạng, cái gọi là cổng được chỉ định sẽ được chọn - đây là cổng có khoảng cách ngắn nhất từ phân đoạn này đến bộ chuyển mạch gốc.

Khái niệm khoảng cách đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng cây bao trùm. Theo tiêu chí này, một cổng duy nhất được chọn để kết nối mỗi switch với root switch và một cổng duy nhất kết nối từng phân đoạn mạng với root switch. Tất cả các cổng khác được đặt ở trạng thái chờ, nghĩa là một cổng trong đó chúng không truyền các khung dữ liệu thông thường. Có thể chứng minh rằng với sự lựa chọn cổng hoạt động này trong mạng, các vòng lặp sẽ bị loại bỏ và các liên kết còn lại tạo thành một cây bao trùm.

Khoảng cách đến nút gốc được định nghĩa là tổng thời gian có điều kiện để truyền dữ liệu từ cổng của một switch nhất định đến cổng của root switch. Trong trường hợp này, giả định rằng thời gian truyền dữ liệu nội bộ (từ cổng này sang cổng khác) của switch là không đáng kể và chỉ tính đến thời gian truyền dữ liệu dọc theo các phân đoạn mạng kết nối các switch. Thời gian phân đoạn có điều kiện được tính bằng thời gian truyền một bit thông tin theo đơn vị 10 nano giây giữa các cổng được kết nối trực tiếp dọc theo phân đoạn mạng. Vì vậy, đối với phân đoạn Ethernet, thời gian này bằng 10 đơn vị thông thường và đối với phân đoạn Token Ring là 16 Mb/s - 6,25. (Thuật toán STA không được liên kết với bất kỳ tiêu chuẩn lớp liên kết cụ thể nào; nó có thể được áp dụng cho các thiết bị chuyển mạch kết nối các mạng thuộc các công nghệ khác nhau.)

Để tự động xác định cấu hình hoạt động ban đầu của cây, tất cả các thiết bị chuyển mạch trên mạng, sau khi khởi tạo, bắt đầu trao đổi định kỳ các gói đặc biệt được gọi là Đơn vị dữ liệu giao thức cầu (BPDU), phản ánh thực tế rằng thuật toán STA ban đầu được phát triển cho các cầu.

Các gói BPDU được đặt trong trường dữ liệu của các khung lớp liên kết, chẳng hạn như khung Ethernet hoặc FDDI. Điều mong muốn là tất cả các thiết bị chuyển mạch đều hỗ trợ một địa chỉ multicast chung, qua đó các khung chứa các gói BPDU có thể được truyền đồng thời đến tất cả các thiết bị chuyển mạch trên mạng. Ngược lại, các gói BPDU sẽ được phát sóng.

Gói BPDU có các trường sau:

♦ Mã định danh phiên bản giao thức STA - 2 byte. Các bộ chuyển mạch phải hỗ trợ cùng một phiên bản của giao thức STA, nếu không có thể xảy ra cấu hình vòng lặp hoạt động.

♦ Loại BPDU - 1 byte. Có hai loại BPDU - BPDU cấu hình, tức là một ứng dụng để có cơ hội trở thành một switch gốc, trên cơ sở đó cấu hình hoạt động được xác định và một BPDU thông báo cấu hình lại, được gửi bởi một switch có đã phát hiện một sự kiện yêu cầu cấu hình lại - lỗi liên kết, lỗi cổng, chuyển đổi thay đổi hoặc mức độ ưu tiên của cổng.

♦ Cờ - 1 byte. Một bit chứa cờ thay đổi cấu hình, bit thứ hai chứa cờ xác nhận thay đổi cấu hình.

♦ ID chuyển mạch gốc - 8 byte.

♦ Khoảng cách tới gốc - 2 byte.

♦ ID chuyển đổi - 8 byte.

♦ ID cổng - 2 byte.

♦ Tuổi thọ của tin nhắn - 2 byte. Được đo bằng đơn vị 0,5 giây, nó được sử dụng để xác định các tin nhắn lỗi thời. Khi một gói BPDU đi qua một switch, nó sẽ cộng thêm thời gian bị trì hoãn bởi switch đó vào thời gian tồn tại của gói.

♦ Thời gian tồn tại của tin nhắn tối đa là 2 byte. Nếu một gói BPDU có thời gian tồn tại lớn hơn mức tối đa thì các switch sẽ bỏ qua nó.

♦ Khoảng thời gian xin chào mà tại đó các gói BPDU được gửi đi.

♦ Độ trễ thay đổi trạng thái - 2 byte. Thời gian tối thiểu để các cổng switch chuyển sang trạng thái hoạt động. Sự chậm trễ này là cần thiết để loại bỏ khả năng xuất hiện tạm thời các tuyến đường thay thế khi trạng thái cổng thay đổi không đồng thời trong quá trình cấu hình lại.

BPDU thông báo cấu hình lại bị thiếu tất cả trừ hai trường đầu tiên.

Sau khi khởi tạo, mỗi switch ban đầu được coi là switch gốc. Do đó, nó bắt đầu tạo các bản tin BPDU loại cấu hình thông qua tất cả các cổng của nó ở khoảng thời gian xin chào. Trong đó, anh ta chỉ ra mã định danh của mình là mã định danh của bộ chuyển mạch gốc (và cả bộ chuyển mạch này nữa), khoảng cách đến nút gốc được đặt thành 0 và mã định danh cổng là mã định danh của cổng mà BPDU được truyền qua đó. Ngay khi một switch nhận được một BPDU chứa ID switch gốc nhỏ hơn ID của chính nó, nó sẽ ngừng tạo các khung BPDU của chính nó và bắt đầu chỉ chuyển tiếp các khung của switch gốc ứng cử viên mới. Khi chuyển tiếp các khung, nó sẽ tăng khoảng cách đến gốc được chỉ định trong BPDU đến theo thời gian có điều kiện của phân đoạn mà khung này được nhận.

Khi chuyển tiếp các khung, mỗi switch cho mỗi cổng của nó sẽ ghi nhớ khoảng cách tối thiểu đến gốc gặp phải trong tất cả các khung BPDU mà cổng này nhận được. Khi thủ tục thiết lập cấu hình cây bao trùm hoàn tất (đúng lúc), mỗi switch sẽ tìm thấy cổng gốc của nó - đây là cổng gần gốc của cây nhất so với các cổng khác. Ngoài ra, các thiết bị chuyển mạch chọn một cổng được chỉ định cho từng phân đoạn mạng theo cách phân tán. Để làm điều này, họ loại trừ cổng gốc của mình khỏi việc xem xét và đối với tất cả các cổng còn lại, họ so sánh khoảng cách tối thiểu đến cổng gốc được chấp nhận cho chúng với khoảng cách đến cổng gốc của cổng gốc. Nếu cổng nhà có khoảng cách này nhỏ hơn khoảng cách được chấp nhận thì điều này có nghĩa đó là cổng được chỉ định. Tất cả các cổng ngoại trừ những cổng được chỉ định sẽ được chuyển sang trạng thái bị chặn và điều này hoàn thành việc xây dựng cây bao trùm.

Trong quá trình hoạt động bình thường, root switch tiếp tục tạo ra các khung dịch vụ và các switch khác tiếp tục nhận chúng trên các cổng gốc của chúng và chuyển tiếp chúng đến các cổng được chỉ định. Nếu switch không có bất kỳ cổng nào được chỉ định, nó vẫn nhận các khung dịch vụ trên cổng gốc. Nếu cổng gốc không nhận được khung dịch vụ sau khi hết thời gian chờ, nó sẽ bắt đầu quy trình xây dựng cây bao trùm mới.

Các cách kiểm soát luồng khung

Một số nhà sản xuất sử dụng các kỹ thuật điều khiển luồng khung trong các thiết bị chuyển mạch của họ mà không có trong các tiêu chuẩn giao thức LAN để ngăn ngừa mất khung do tắc nghẽn.

Vì việc mất một phần nhỏ khung hình thường làm giảm đáng kể hiệu suất hữu ích của mạng, nên khi bộ chuyển mạch bị quá tải, sẽ là hợp lý nếu làm chậm tốc độ khung hình đến từ các nút cuối đến bộ thu chuyển mạch để cho phép các bộ phát để dỡ bộ đệm của họ ở tốc độ cao hơn. Thuật toán xen kẽ các khung được truyền và nhận (khung xen kẽ) phải linh hoạt và cho phép máy tính trong các tình huống quan trọng truyền một số khung của chính nó cho mỗi khung nhận được, không nhất thiết phải giảm cường độ thu về 0 mà chỉ cần giảm đến mức yêu cầu. .

Để thực hiện thuật toán như vậy, bộ chuyển mạch phải có sẵn cơ chế để giảm cường độ lưu lượng truy cập của các nút kết nối với cổng của nó. Một số giao thức LAN, chẳng hạn như FDDI, Token Ring hoặc lOOVG-AnyLAN, có khả năng thay đổi mức độ ưu tiên của cổng và từ đó ưu tiên cổng switch hơn cổng máy tính. Giao thức Ethernet và Fast Ethernet không có khả năng này, vì vậy các nhà sản xuất chuyển mạch cho những công nghệ rất phổ biến này sử dụng hai phương pháp tác động đến các nút cuối.

Các kỹ thuật này dựa trên thực tế là các nút cuối tuân thủ nghiêm ngặt tất cả các tham số của thuật toán truy cập phương tiện, nhưng các cổng chuyển mạch thì không.

Phương pháp đầu tiên để “hãm” một nút cuối dựa trên cái gọi là hành vi tích cực của cổng chuyển mạch khi chiếm giữ môi trường sau khi kết thúc quá trình truyền gói tiếp theo hoặc sau một xung đột.

Switch có thể sử dụng cơ chế này một cách thích ứng, tăng cường tính linh hoạt khi cần thiết.

Kỹ thuật thứ hai mà các nhà phát triển bộ chuyển mạch sử dụng là truyền các khung giả đến máy tính khi bộ chuyển mạch không có bất kỳ khung nào trong bộ đệm của nó để truyền qua một cổng nhất định. Trong trường hợp này, bộ chuyển mạch không được vi phạm các tham số của thuật toán truy cập, cạnh tranh trung thực với nút cuối để giành quyền truyền khung của nó. Vì phương tiện có khả năng sẵn sàng như nhau đối với cả bộ chuyển mạch hoặc nút cuối, nên cường độ truyền khung hình đến bộ chuyển mạch trung bình sẽ giảm đi một nửa. Phương pháp này được gọi là phương pháp áp suất ngược. Nó có thể được kết hợp với kỹ thuật thu thập phương tiện tích cực để ngăn chặn hơn nữa hoạt động của nút cuối.

Phương pháp áp suất ngược được sử dụng không phải để dỡ bộ đệm bộ xử lý của cổng được kết nối trực tiếp với nút bị chặn mà để dỡ bộ đệm dùng chung của bộ chuyển mạch (nếu sử dụng kiến trúc bộ nhớ dùng chung) hoặc để dỡ bộ đệm bộ xử lý của một cổng khác mà cổng này truyền các khung của nó tới. Ngoài ra, phương pháp áp suất ngược có thể được sử dụng trong trường hợp bộ xử lý cổng không được thiết kế để hỗ trợ lưu lượng truy cập tối đa có thể cho giao thức. Một trong những ví dụ đầu tiên về việc sử dụng phương pháp áp suất ngược có liên quan chính xác đến trường hợp như vậy - phương pháp được LANNET sử dụng trong các mô-đun LSE-1 và LSE-2, được thiết kế để chuyển đổi lưu lượng Ethernet với cường độ tối đa 1 Mb /s và 2 Mb/s tương ứng.

Khả năng lọc lưu lượng của switch

Nhiều thiết bị chuyển mạch cho phép quản trị viên chỉ định các điều kiện lọc khung bổ sung ngoài các điều kiện lọc khung tiêu chuẩn dựa trên thông tin bảng địa chỉ. Các bộ lọc tùy chỉnh được thiết kế để tạo thêm các rào cản đối với các khung giới hạn quyền truy cập của một số nhóm người dùng nhất định vào các dịch vụ mạng nhất định.

Nếu bộ chuyển mạch không hỗ trợ các giao thức lớp mạng và lớp vận chuyển, trong đó có các trường cho biết gói được truyền thuộc về dịch vụ nào, thì quản trị viên phải xác định trường theo giá trị của trường đó để lọc, dưới dạng “offset- size” tương ứng với phần đầu của trường dữ liệu của khung lớp liên kết. Do đó, ví dụ: để cấm một người dùng nhất định in tài liệu của mình trên một máy chủ in NetWare nhất định, quản trị viên cần biết vị trí của trường “số ổ cắm” trong gói IPX và giá trị của trường này cho bản in. dịch vụ, đồng thời biết địa chỉ MAC của máy tính và máy chủ in của người dùng.

Thông thường, các điều kiện lọc được viết dưới dạng biểu thức Boolean được hình thành bằng cách sử dụng các toán tử logic AND và OR.

Việc áp đặt các điều kiện lọc bổ sung có thể làm giảm hiệu suất của bộ chuyển mạch vì việc đánh giá các biểu thức Boolean yêu cầu bộ xử lý cổng phải tính toán bổ sung.

Ngoài các điều kiện chung, switch có thể hỗ trợ các điều kiện lọc đặc biệt. Một trong những loại bộ lọc đặc biệt rất phổ biến là bộ lọc tạo phân đoạn ảo.

Bộ lọc được nhiều nhà sản xuất sử dụng để bảo vệ mạng tích hợp trên thiết bị chuyển mạch cũng rất đặc biệt.

Chuyển đổi nhanh chóng hoặc đệm

Khả năng thực hiện các chức năng bổ sung bị ảnh hưởng đáng kể bởi phương thức truyền gói - "đang di chuyển" hoặc bằng bộ đệm. Như bảng sau đây cho thấy, hầu hết chức năng chuyển đổi nâng cao đều yêu cầu các khung phải được đệm hoàn toàn trước khi chúng được gửi đến cổng đích tới mạng.

Độ trễ trung bình của các switch hoạt động “nhanh chóng” dưới tải cao được giải thích là do trong trường hợp này, cổng đầu ra thường bận nhận gói khác, do đó gói mới đến cho cổng này vẫn phải được đệm.

Một công tắc hoạt động nhanh chóng có thể kiểm tra tính không chính xác của các khung được truyền, nhưng không thể xóa khung xấu khỏi mạng vì một số byte của nó (và theo quy luật, hầu hết) đã được truyền tới mạng. Đồng thời, dưới tải nhẹ, một công tắc hoạt động nhanh chóng sẽ giảm đáng kể độ trễ truyền khung, điều này có thể quan trọng đối với lưu lượng truy cập nhạy cảm với độ trễ. Do đó, một số nhà sản xuất, chẳng hạn như Cisco, sử dụng cơ chế thay đổi chế độ vận hành của bộ chuyển mạch một cách thích ứng. Chế độ chính của công tắc như vậy là chuyển mạch nhanh chóng, nhưng công tắc liên tục giám sát lưu lượng và khi cường độ khung hình xấu vượt quá một ngưỡng nhất định, nó sẽ chuyển sang chế độ đệm hoàn toàn.

Sử dụng các loại dịch vụ khác nhau

Tính năng này cho phép quản trị viên chỉ định các mức độ ưu tiên xử lý khác nhau cho các loại khung khác nhau. Trong trường hợp này, switch hỗ trợ một số hàng đợi khung thô và có thể được cấu hình, ví dụ, để nó truyền một gói có mức độ ưu tiên thấp cho mỗi 10 gói có mức độ ưu tiên cao. Tính năng này có thể đặc biệt hữu ích trên các đường truyền tốc độ thấp và trong các ứng dụng có yêu cầu về độ trễ khác nhau.

Vì không phải tất cả các giao thức lớp liên kết đều hỗ trợ trường ưu tiên khung, ví dụ khung Ethernet không có trường này, nên bộ chuyển mạch phải sử dụng một số cơ chế bổ sung để liên kết khung với mức độ ưu tiên của nó. Cách phổ biến nhất là gán mức độ ưu tiên cho các cổng chuyển mạch. Với phương pháp này, bộ chuyển mạch sẽ đặt khung vào hàng đợi khung có mức độ ưu tiên phù hợp tùy thuộc vào cổng mà khung được đưa vào bộ chuyển mạch. Phương pháp này đơn giản nhưng không đủ linh hoạt - nếu không phải là một nút riêng lẻ mà là một phân đoạn được kết nối với một cổng chuyển mạch, thì tất cả các nút trong phân đoạn đó sẽ nhận được mức độ ưu tiên như nhau. Một ví dụ về cách tiếp cận dựa trên cổng đối với lớp phân công dịch vụ là công nghệ PACE của 3Com.

Việc gán mức độ ưu tiên cho các địa chỉ MAC của máy chủ sẽ linh hoạt hơn, nhưng phương pháp này đòi hỏi quản trị viên phải thực hiện nhiều công việc thủ công.

Hỗ trợ mạng ảo

Ngoài mục đích chính - tăng dung lượng liên lạc trong mạng - bộ chuyển mạch cho phép bạn bản địa hóa các luồng thông tin trong mạng, cũng như kiểm soát và quản lý các luồng này bằng bộ lọc người dùng. Tuy nhiên, bộ lọc tùy chỉnh có thể chỉ cấm truyền khung đến các địa chỉ cụ thể và nó truyền lưu lượng phát đến tất cả các phân đoạn mạng. Điều này được yêu cầu bởi thuật toán vận hành cầu, được triển khai trong bộ chuyển mạch, do đó, các mạng được tạo trên cơ sở cầu và bộ chuyển mạch đôi khi được gọi là phẳng - do không có rào cản đối với lưu lượng phát sóng.

Công nghệ mạng ảo (Virtual LAN, VLAN) cho phép bạn khắc phục hạn chế này.

Mạng ảo là một nhóm các nút mạng có lưu lượng truy cập, bao gồm cả lưu lượng phát sóng, hoàn toàn bị cô lập ở cấp độ liên kết dữ liệu với các nút mạng khác. Điều này có nghĩa là các khung không thể được truyền giữa các phân đoạn ảo khác nhau dựa trên địa chỉ lớp liên kết, bất kể loại địa chỉ - duy nhất, đa hướng hay quảng bá. Đồng thời, trong mạng ảo, các khung được truyền bằng công nghệ chuyển mạch, nghĩa là chỉ đến cổng được liên kết với địa chỉ đích của khung.

Một mạng ảo được cho là tạo thành một miền lưu lượng phát sóng, tương tự như miền xung đột được hình thành bởi các bộ lặp Ethernet.

Mục đích của công nghệ mạng ảo là tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tạo các mạng độc lập, sau đó các mạng này phải giao tiếp bằng các giao thức lớp mạng. Để giải quyết vấn đề này, trước khi công nghệ mạng ảo ra đời, người ta đã sử dụng các bộ lặp riêng biệt, mỗi bộ tạo thành một mạng độc lập. Các mạng này sau đó được kết nối bằng bộ định tuyến thành một mạng internet duy nhất.

Khi thay đổi thành phần của các phân đoạn (người dùng di chuyển sang mạng khác, chia các phân đoạn lớn), phương pháp này yêu cầu kết nối lại vật lý các đầu nối trên mặt trước của bộ lặp hoặc trong bảng chéo, điều này không thuận tiện lắm trong các mạng lớn - rất nhiều công việc vật lý và có khả năng xảy ra lỗi cao.

Do đó, để loại bỏ nhu cầu chuyển đổi lại vật lý, các bộ lặp nhiều phân đoạn bắt đầu được sử dụng. Trong các mô hình tiên tiến nhất của các bộ lặp như vậy, việc gán một cổng riêng cho bất kỳ phân đoạn bên trong nào được thực hiện theo chương trình, thường sử dụng giao diện đồ họa thuận tiện. Ví dụ về các bộ lặp như vậy bao gồm trung tâm Distributed 5000 của Bay Networks và trung tâm PortSwitch của 3Com. Phần mềm gán một cổng cho một phân đoạn thường được gọi là chuyển mạch tĩnh hoặc cấu hình.

Tuy nhiên, việc giải quyết vấn đề thay đổi thành phần của các phân đoạn bằng cách sử dụng các bộ lặp đặt ra một số hạn chế đối với cấu trúc mạng - số lượng các phân đoạn của một bộ lặp như vậy thường nhỏ, do đó việc gán cho mỗi nút một phân đoạn riêng của nó, như có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một bộ chuyển mạch, là không thực tế. Do đó, các mạng được xây dựng bằng các bộ lặp chuyển mạch cấu hình vẫn dựa trên việc phân chia phương tiện truyền dữ liệu giữa một số lượng lớn các nút và do đó có hiệu suất thấp hơn nhiều so với các mạng được xây dựng bằng các bộ chuyển mạch.

Khi sử dụng công nghệ mạng ảo trên switch, hai tác vụ được giải quyết đồng thời:

♦ tăng hiệu suất trong mỗi mạng ảo, vì bộ chuyển mạch chỉ truyền các khung trong mạng đó đến nút đích;

♦ cách ly các mạng với nhau để quản lý quyền truy cập của người dùng và tạo ra các rào cản bảo vệ chống lại các cơn bão phát sóng.

Việc kết nối mạng ảo với Internet cần có sự tham gia của lớp mạng. Nó có thể được triển khai trong một bộ định tuyến riêng biệt hoặc cũng có thể hoạt động như một phần của phần mềm chuyển mạch.

Công nghệ tạo và vận hành mạng ảo sử dụng switch vẫn chưa được chuẩn hóa, mặc dù nó được triển khai trên rất nhiều mẫu switch từ các nhà sản xuất khác nhau. Tình hình có thể sớm thay đổi nếu tiêu chuẩn 802.1Q, được phát triển trong khuôn khổ Viện SEE, được thông qua.

Do thiếu tiêu chuẩn, mỗi nhà sản xuất có công nghệ mạng ảo riêng, theo quy luật, không tương thích với công nghệ của các nhà sản xuất khác. Do đó, mạng ảo hiện có thể được tạo trên thiết bị của một nhà sản xuất. Ngoại lệ duy nhất là các mạng ảo được xây dựng trên cơ sở đặc tả LANE (LAN Emulation), được thiết kế để đảm bảo sự tương tác của các bộ chuyển mạch ATM với thiết bị mạng cục bộ truyền thống.

Khi tạo mạng ảo dựa trên một switch duy nhất, cơ chế nhóm các cổng switch trong mạng thường được sử dụng.

Điều này là hợp lý vì các mạng ảo được xây dựng trên cơ sở một switch không thể có nhiều hơn các cổng. Nếu một phân đoạn được xây dựng trên bộ lặp được kết nối với một cổng, thì việc đưa các nút của phân đoạn đó vào các mạng ảo khác nhau là vô nghĩa - lưu lượng truy cập của các nút này sẽ vẫn phổ biến.

Việc tạo mạng ảo dựa trên nhóm cổng không đòi hỏi quản trị viên phải thực hiện nhiều công việc thủ công - chỉ cần gán mỗi cổng cho một số mạng ảo được đặt tên trước là đủ. Thông thường, thao tác này được thực hiện bằng cách kéo chuột qua biểu tượng cổng vào biểu tượng mạng.

Phương pháp thứ hai, được sử dụng để tạo mạng ảo, dựa trên việc nhóm các địa chỉ MAC. Nếu có số lượng lớn các nút trên mạng, phương pháp này yêu cầu quản trị viên phải thực hiện một số lượng lớn thao tác thủ công. Tuy nhiên, hóa ra nó lại linh hoạt hơn khi xây dựng mạng ảo dựa trên một số thiết bị chuyển mạch so với phương pháp nhóm cổng.

Vấn đề nảy sinh khi tạo mạng ảo dựa trên một số bộ chuyển mạch hỗ trợ kỹ thuật nhóm cổng như sau: nếu các nút của mạng ảo được kết nối với các bộ chuyển mạch khác nhau thì cặp cổng riêng của chúng phải được phân bổ để kết nối các bộ chuyển mạch của mỗi bộ chuyển mạch. mạng như vậy. Ngược lại, nếu các switch chỉ được kết nối bằng một cặp cổng, thông tin về quyền sở hữu khung của một mạng ảo cụ thể sẽ bị mất khi truyền từ switch này sang switch khác. Do đó, các bộ chuyển mạch trung kế cổng yêu cầu nhiều cổng cho kết nối của chúng bằng số lượng mạng ảo mà chúng hỗ trợ. Các cổng và cáp được sử dụng rất lãng phí với phương pháp này. Ngoài ra, khi kết nối mạng ảo thông qua bộ định tuyến, mỗi mạng ảo sẽ được phân bổ một cáp riêng, điều này gây khó khăn cho việc đi dây dọc, đặc biệt nếu các nút mạng ảo hiện diện trên nhiều tầng.

Việc nhóm các địa chỉ MAC thành một mạng trên mỗi bộ chuyển mạch giúp loại bỏ nhu cầu có nhiều cổng để kết nối chúng, nhưng đòi hỏi nhiều thao tác thủ công để đánh dấu địa chỉ MAC trên mỗi bộ chuyển mạch trong mạng.

Hai cách tiếp cận được mô tả chỉ dựa trên việc thêm thông tin bổ sung vào bảng địa chỉ cầu nối và không sử dụng khả năng nhúng thông tin về tư cách thành viên của khung trong mạng ảo trong khung được truyền. Các phương pháp khác sử dụng các trường khung hiện có hoặc bổ sung để bảo toàn thông tin và quyền sở hữu khung khi nó di chuyển giữa các thiết bị chuyển mạch mạng. Trong trường hợp này, không cần phải nhớ trong mỗi switch rằng tất cả các địa chỉ MAC của Internet đều thuộc về mạng ảo.

Nếu một trường bổ sung được đánh dấu bằng số mạng ảo được sử dụng thì nó chỉ được sử dụng khi khung được chuyển từ bộ chuyển mạch này sang bộ chuyển mạch khác và khi khung được chuyển đến nút cuối, nó sẽ bị xóa. Trong trường hợp này, giao thức tương tác giữa switch-to-switch được sửa đổi, nhưng phần mềm và phần cứng của các nút cuối vẫn không thay đổi. Có rất nhiều ví dụ về các giao thức độc quyền như vậy, nhưng chúng có một nhược điểm chung - chúng không được các nhà sản xuất khác hỗ trợ. Cisco đã đề xuất sử dụng tiêu đề giao thức 802.10 làm tiêu chuẩn bổ sung cho khung của bất kỳ giao thức mạng cục bộ nào, được thiết kế để hỗ trợ các chức năng bảo mật của mạng máy tính. Bản thân công ty sử dụng phương pháp này trong trường hợp các thiết bị chuyển mạch được kết nối với nhau bằng giao thức FDDI. Tuy nhiên, sáng kiến này chưa được các nhà sản xuất chuyển mạch hàng đầu khác ủng hộ, vì vậy cho đến khi tiêu chuẩn 802.1Q được áp dụng, các giao thức gắn thẻ mạng ảo độc quyền sẽ chiếm ưu thế.

Có hai cách để xây dựng mạng ảo sử dụng các trường hiện có để đánh dấu quyền sở hữu khung mạng ảo, nhưng các trường này không thuộc về khung giao thức kênh mà thuộc về các gói lớp mạng hoặc các ô công nghệ ATM.

Trong trường hợp đầu tiên, mạng ảo được hình thành dựa trên địa chỉ mạng, tức là thông tin tương tự được sử dụng khi xây dựng mạng internet theo cách truyền thống - sử dụng các mạng vật lý riêng biệt được kết nối với các cổng khác nhau của bộ định tuyến.

Khi mạng ảo được hình thành dựa trên số mạng, mỗi cổng switch được gán một hoặc nhiều số mạng, ví dụ số mạng IP. Mỗi số mạng IP tương ứng với một mạng ảo. Các nút cuối cũng phải hỗ trợ giao thức IP trong trường hợp này. Khi truyền khung hình giữa các nút thuộc cùng một mạng ảo, các nút cuối sẽ gửi dữ liệu trực tiếp đến địa chỉ MAC của nút đích và cho biết địa chỉ IP của mạng ảo của chúng trong gói lớp mạng. Switch trong trường hợp này truyền các khung dựa trên địa chỉ MAC đích trong bảng địa chỉ, đồng thời kiểm tra tính hợp lệ của việc truyền bằng cách khớp số mạng IP của gói có trong khung và địa chỉ IP của cổng đích được tìm thấy trong bảng địa chỉ . Khi một khung được chuyển từ bộ chuyển mạch này sang bộ chuyển mạch khác, địa chỉ IP của nó sẽ được chuyển cùng với khung, điều đó có nghĩa là các bộ chuyển mạch chỉ có thể được kết nối với một cặp cổng để hỗ trợ các mạng ảo được phân bổ giữa một số bộ chuyển mạch.

Trong trường hợp cần trao đổi thông tin giữa các nút thuộc các mạng ảo khác nhau, nút cuối hoạt động theo cách tương tự như khi nó ở trong các mạng được phân tách bằng bộ định tuyến thông thường. Máy chủ đích chuyển tiếp khung tới bộ định tuyến mặc định với địa chỉ MAC của nó trong khung và địa chỉ IP của máy chủ đích trong gói lớp mạng. Bộ định tuyến mặc định phải là bộ phận bên trong của bộ chuyển mạch, có địa chỉ MAC và địa chỉ IP cụ thể, giống như bộ định tuyến truyền thống. Ngoài ra, nó phải có bảng định tuyến chỉ định cổng đầu ra cho tất cả các số mạng tồn tại trên internet nói chung.

Không giống như các bộ định tuyến truyền thống, trong đó mỗi cổng có một số mạng khác nhau, các bộ chuyển mạch hỗ trợ giao thức mạng để hình thành mạng ảo gán cùng một số mạng cho nhiều cổng. Ngoài ra, cùng một cổng có thể được liên kết với nhiều số mạng nếu các switch giao tiếp qua nó.

Các switch thường không hỗ trợ các tính năng xây dựng bảng định tuyến tự động được hỗ trợ bởi các giao thức định tuyến như RIP hoặc OSPF. Các bộ chuyển mạch này được gọi là bộ chuyển mạch Lớp 3 để nhấn mạnh sự khác biệt của chúng so với các bộ định tuyến truyền thống. Khi sử dụng bộ chuyển mạch Lớp 3, bảng định tuyến được quản trị viên tạo thủ công (điều này cũng thường được chấp nhận khi có một số lượng nhỏ mạng ảo và tuyến mặc định tới bộ định tuyến chính thức) hoặc được tải từ bộ định tuyến. Theo sơ đồ thứ hai, bộ chuyển mạch Catalist 5000 của Cisco tương tác với các bộ định tuyến của cùng một công ty.

Nếu bộ chuyển mạch không hỗ trợ các chức năng lớp mạng thì các mạng ảo của nó chỉ có thể được kết hợp bằng bộ định tuyến bên ngoài. Một số công ty sản xuất các bộ định tuyến đặc biệt để sử dụng kết hợp với các bộ chuyển mạch. Một ví dụ về bộ định tuyến như vậy là bộ định tuyến Vgate của RND.

Bộ định tuyến này có một cổng vật lý để giao tiếp với cổng chuyển mạch, nhưng cổng này có thể hỗ trợ tới 64 địa chỉ MAC, cho phép bộ định tuyến tổng hợp tối đa 64 mạng ảo.

Phương pháp tổ chức mạng ảo cuối cùng gắn liền với việc sử dụng các bộ chuyển mạch ATM trong mạng. Phương pháp này dựa trên việc sử dụng một kết nối ảo riêng để truyền các khung cho từng mạng ảo thông qua các bộ chuyển mạch ATM.

Quản lý mạng chuyển mạch

Bộ chuyển mạch là thiết bị đa chức năng phức tạp, đóng vai trò quan trọng trong các mạng hiện đại. Do đó, việc hỗ trợ các chức năng quản lý và giám sát tập trung được triển khai bởi giao thức SNMP và các tác nhân liên quan gần như là bắt buộc đối với tất cả các loại thiết bị chuyển mạch (có lẽ ngoại trừ các thiết bị chuyển mạch máy tính để bàn được thiết kế để hoạt động trong các mạng rất nhỏ).

Để hỗ trợ quản lý SNMP, các thiết bị chuyển mạch có một mô-đun quản lý chứa một tác nhân duy trì cơ sở dữ liệu về thông tin quản lý. Mô-đun này thường chạy trên một bộ xử lý mạnh mẽ riêng biệt để không làm chậm các hoạt động chính của switch.

Giám sát giao thông

Do tình trạng quá tải của bộ xử lý cổng và các phần tử xử lý chuyển mạch khác có thể dẫn đến mất khung, nên việc giám sát phân phối lưu lượng trong mạng dựa trên chuyển mạch là rất quan trọng.

Tuy nhiên, nếu bản thân bộ chuyển mạch không có tác nhân riêng cho từng cổng của nó, thì nhiệm vụ giám sát lưu lượng, thường được giải quyết trong các mạng có phương tiện dùng chung bằng cách cài đặt bộ phân tích giao thức bên ngoài trong mạng, sẽ trở nên rất phức tạp.

Theo truyền thống, trong các mạng truyền thống, bộ phân tích giao thức (chẳng hạn như Network General's Sniffer) sẽ kết nối với một cổng trống trên hub và xem tất cả lưu lượng truy cập đi qua giữa bất kỳ nút nào trên mạng.

Nếu bạn kết nối bộ phân tích giao thức với một cổng còn trống của bộ chuyển mạch, thì nó sẽ hầu như không thấy gì, vì không ai truyền khung hình đến nó và cũng không có khung hình nào của người khác được gửi đến cổng của nó. Loại lưu lượng duy nhất mà máy phân tích sẽ thấy là lưu lượng của các gói quảng bá sẽ được truyền đến tất cả các nút mạng. Trong trường hợp mạng được chia thành các mạng ảo, bộ phân tích giao thức sẽ chỉ nhìn thấy lưu lượng phát sóng của mạng ảo của nó.

Để đảm bảo rằng các bộ phân tích giao thức có thể tiếp tục được sử dụng trên các mạng chuyển mạch, các nhà sản xuất bộ chuyển mạch cung cấp cho thiết bị của họ khả năng phản chiếu lưu lượng truy cập từ bất kỳ cổng nào sang một cổng đặc biệt. Một bộ phân tích giao thức được kết nối với một cổng đặc biệt và sau đó một lệnh được đưa ra cho bộ chuyển mạch thông qua mô-đun quản lý SNMP của nó để ánh xạ lưu lượng của bất kỳ cổng nào tới cổng đặc biệt.

Sự hiện diện của chức năng phản chiếu cổng giải quyết được một phần vấn đề nhưng để lại một số câu hỏi. Ví dụ: cách xem lưu lượng của hai cổng cùng lúc hoặc cách xem lưu lượng của một cổng hoạt động ở chế độ song công hoàn toàn.

Một cách đáng tin cậy hơn để giám sát lưu lượng đi qua các cổng chuyển mạch là thay thế bộ phân tích giao thức bằng các tác nhân RMON MIB cho mỗi cổng chuyển mạch.

Tác nhân RMON thực hiện tất cả các chức năng của một bộ phân tích giao thức tốt cho các giao thức Ethernet và Token Ring, thu thập thông tin chi tiết về cường độ lưu lượng, các loại khung xấu, khung bị mất và xây dựng chuỗi thời gian độc lập cho từng tham số được ghi. Ngoài ra, tác nhân RMON có thể xây dựng ma trận lưu lượng chéo giữa các nút mạng một cách độc lập, điều này rất cần thiết để phân tích tính hiệu quả của việc chuyển đổi.

Do tác nhân RMON triển khai tất cả 9 nhóm đối tượng Ethernet khá đắt tiền nên các nhà sản xuất thường chỉ triển khai một số nhóm RMON MIB đầu tiên để giảm chi phí chuyển mạch.

Quản lý mạng ảo

Mạng ảo đặt ra thách thức cho các hệ thống quản lý dựa trên SNMP truyền thống, cả khi tạo chúng và khi giám sát hoạt động của chúng.

Theo quy định, việc tạo mạng ảo yêu cầu phần mềm đặc biệt của nhà sản xuất chạy trên nền tảng hệ thống quản lý, chẳng hạn như HP Open View. Bản thân các nền tảng hệ thống điều khiển không thể hỗ trợ quá trình này, chủ yếu là do thiếu tiêu chuẩn cho mạng ảo. Người ta hy vọng rằng sự xuất hiện của chuẩn 802.1Q sẽ thay đổi tình hình trong lĩnh vực này.

Giám sát mạng ảo cũng đặt ra thách thức cho các hệ thống quản lý truyền thống. Khi tạo bản đồ mạng bao gồm các mạng ảo, cần hiển thị cả cấu trúc vật lý của mạng và cấu trúc logic của nó tương ứng với các kết nối của các nút mạng ảo riêng lẻ. Đồng thời, theo yêu cầu của quản trị viên, hệ thống điều khiển phải có khả năng hiển thị sự tương ứng của các kết nối logic và vật lý trong mạng, nghĩa là tất cả hoặc các đường dẫn riêng lẻ của mạng ảo phải được hiển thị trên một kênh vật lý.

Thật không may, nhiều hệ thống quản lý hoàn toàn không hiển thị mạng ảo hoặc làm như vậy theo cách rất bất tiện cho người dùng.

Đề án điển hình để sử dụng công tắc

Chuyển đổi hoặc trung tâm?

Khi xây dựng các mạng nhỏ tạo nên cấp độ thấp hơn trong hệ thống phân cấp của mạng công ty, câu hỏi về việc sử dụng thiết bị liên lạc này hay thiết bị liên lạc khác phụ thuộc vào câu hỏi lựa chọn giữa một trung tâm hoặc một bộ chuyển mạch.

Có một số yếu tố cần xem xét khi trả lời câu hỏi này. Tất nhiên, chi phí cho mỗi cổng mà bạn cần phải trả khi lựa chọn thiết bị có tầm quan trọng không hề nhỏ. Vì lý do kỹ thuật, điều đầu tiên cần tính đến là

phân phối thống nhất lưu lượng giữa các nút mạng. Ngoài ra, cần phải tính đến triển vọng phát triển của mạng: liệu các ứng dụng đa phương tiện có sớm được sử dụng hay không, nền tảng máy tính có được hiện đại hóa hay không. Nếu có thì ngay hôm nay cần phải đảm bảo dự trữ cho thông lượng của thiết bị liên lạc được sử dụng. Việc sử dụng công nghệ mạng nội bộ cũng dẫn đến sự gia tăng lưu lượng lưu thông trên mạng và điều này cũng phải được tính đến khi chọn thiết bị.

Khi chọn loại thiết bị - hub hoặc switch - bạn cũng cần xác định loại giao thức mà các cổng của nó sẽ hỗ trợ (hoặc các giao thức, nếu chúng ta đang nói về một switch, vì mỗi cổng có thể hỗ trợ một giao thức riêng).

Ngày nay, sự lựa chọn được thực hiện giữa hai giao thức tốc độ - 10 Mb/s và 100 Mb/s. Do đó, khi so sánh khả năng ứng dụng của hub hoặc switch, cần xem xét hub có cổng 10 Mb/s, hub có cổng 100 Mb/s và một số tùy chọn switch với các kết hợp tốc độ khác nhau trên các cổng của nó.

Bằng cách sử dụng kỹ thuật ma trận lưu lượng chéo để phân tích hiệu suất của một bộ chuyển mạch, bạn có thể đánh giá xem một bộ chuyển mạch có dung lượng cổng và hiệu suất tổng thể đã biết có thể hỗ trợ lưu lượng mạng được chỉ định bởi ma trận cường độ lưu lượng truy cập trung bình hay không.

Bây giờ chúng ta hãy xem xét kỹ thuật này để trả lời câu hỏi về khả năng ứng dụng của một switch trong mạng với một máy chủ và một số máy trạm chỉ tương tác với máy chủ. Cấu hình mạng này thường được tìm thấy trên các mạng nhóm làm việc, đặc biệt là mạng NetWare, nơi các shell máy khách tiêu chuẩn không thể giao tiếp với nhau.

Ma trận lưu lượng chéo cho một mạng như vậy có dạng suy biến. Ví dụ: nếu máy chủ được kết nối với cổng 4, thì chỉ hàng thứ 4 của ma trận và cột thứ 4 của ma trận sẽ có các giá trị khác 0. Các giá trị này tương ứng với lưu lượng đi và đến của cổng mà máy chủ được kết nối. Do đó, các điều kiện để áp dụng bộ chuyển mạch cho một mạng nhất định bị giảm xuống khả năng truyền tất cả lưu lượng truy cập mạng qua cổng chuyển mạch mà máy chủ được kết nối.

Nếu bộ chuyển mạch có tất cả các cổng có cùng băng thông, ví dụ: 10 Mb/s, thì trong trường hợp này, băng thông cổng 10 Mb/s sẽ được phân bổ cho tất cả các máy tính trên mạng. Khả năng tăng thông lượng mạng tổng thể của bộ chuyển mạch hóa ra chưa được xác nhận đối với cấu hình này. Mặc dù mạng được phân chia vi mô, nhưng thông lượng của nó bị giới hạn bởi thông lượng giao thức của một cổng duy nhất, như trường hợp của một hub có cổng 10 Mbps. Lợi ích nhỏ khi sử dụng bộ chuyển mạch sẽ chỉ đạt được bằng cách giảm số lượng xung đột - thay vì xung đột, các khung sẽ chỉ được xếp hàng đợi đến bộ phát của cổng chuyển mạch mà máy chủ được kết nối.

Để switch hoạt động hiệu quả hơn trong các mạng có máy chủ chuyên dụng, các nhà sản xuất switch sản xuất các mẫu có một cổng tốc độ cao 100 Mb/s để kết nối máy chủ và một số cổng 10 Mb/s tốc độ thấp để kết nối các máy trạm. Trong trường hợp này, 100 Mb/s được phân bổ giữa các máy trạm, giúp có thể phục vụ 10 - 30 trạm ở chế độ không chặn, tùy thuộc vào cường độ lưu lượng mà chúng tạo ra.

Tuy nhiên, bộ chuyển mạch như vậy có thể bị cạnh tranh bởi một hub hỗ trợ giao thức 100 Mb/s, chẳng hạn như Fast Ethernet. Giá mỗi cổng của nó sẽ thấp hơn một chút so với giá mỗi cổng của bộ chuyển mạch có một cổng tốc độ cao và hiệu suất mạng gần như nhau.

Rõ ràng, việc lựa chọn thiết bị liên lạc cho mạng có máy chủ chuyên dụng là khá phức tạp. Để đưa ra quyết định cuối cùng, bạn cần tính đến triển vọng phát triển mạng liên quan đến việc hướng tới lưu lượng cân bằng. Nếu sự tương tác giữa các máy trạm hoặc máy chủ thứ hai có thể sớm xuất hiện trên mạng, thì phải đưa ra lựa chọn theo hướng có lợi cho một công tắc có thể hỗ trợ lưu lượng bổ sung mà không ảnh hưởng đến lưu lượng chính.

Hệ số khoảng cách cũng có thể có lợi cho bộ chuyển mạch - việc sử dụng bộ chuyển mạch không giới hạn đường kính mạng tối đa ở 2500 m hoặc 210 m, xác định kích thước của miền xung đột khi sử dụng các trung tâm Ethernet và Fast Ethernet.

Chuyển đổi hoặc bộ định tuyến?

Khi xây dựng các cấp độ trên, xương sống của hệ thống phân cấp mạng công ty, vấn đề lựa chọn được hình thành theo cách khác - bộ chuyển mạch hay bộ định tuyến?

Bộ chuyển mạch truyền lưu lượng giữa các nút mạng nhanh hơn và rẻ hơn, nhưng bộ định tuyến lọc lưu lượng truy cập một cách thông minh hơn khi kết nối mạng, không cho phép các gói không cần thiết hoặc xấu đi qua, đồng thời bảo vệ mạng khỏi các cơn bão phát sóng một cách đáng tin cậy.

Bởi vì các thiết bị chuyển mạch cấp doanh nghiệp có thể hỗ trợ một số tính năng ở cấp độ mạng nên việc lựa chọn chuyển đổi ngày càng được thực hiện nhiều hơn. Trong trường hợp này, bộ định tuyến cũng được sử dụng, nhưng nó thường tồn tại ở một bản sao duy nhất trên mạng cục bộ. Bộ định tuyến này thường dùng để kết nối mạng cục bộ với mạng toàn cầu và kết hợp các mạng ảo được xây dựng bằng bộ chuyển mạch.

Ở trung tâm của mạng tòa nhà và tầng, các thiết bị chuyển mạch ngày càng được sử dụng nhiều hơn, vì chỉ khi sử dụng chúng mới có thể truyền vài gigabit thông tin mỗi giây với giá cả phải chăng.

Trunk kéo đến một điểm trên một công tắc

Với tất cả các sơ đồ cấu trúc đa dạng của các mạng được xây dựng trên các thiết bị chuyển mạch, chúng đều sử dụng hai cấu trúc cơ bản - một đường trục được kéo đến một điểm và một đường trục phân tán. Dựa trên những cấu trúc cơ bản này, nhiều cấu trúc mạng cụ thể sẽ được xây dựng.

Đường trục bị thu gọn là một cấu trúc trong đó sự kết hợp của các nút, phân đoạn hoặc mạng xảy ra trên đường trục bên trong của bộ chuyển mạch.

Ưu điểm của cấu trúc này là hiệu suất cao của đường cao tốc. Vì không có gì lạ khi một bộ chuyển mạch có hiệu suất vài Gb/s của bus nội bộ hoặc mạch bộ nhớ dùng chung kết hợp các mô-đun cổng, nên đường trục mạng có thể rất nhanh và tốc độ của nó không phụ thuộc vào các giao thức được sử dụng trong mạng và có thể được tăng lên bằng cách thay thế mô hình chuyển mạch này sang mô hình chuyển mạch khác.

Một tính năng tích cực của sơ đồ này không chỉ là tốc độ cao của đường cao tốc mà còn là tính độc lập về giao thức của nó. Trên đường trục bên trong của bộ chuyển mạch, dữ liệu từ các giao thức khác nhau, chẳng hạn như Ethernet, FDDI và Fast Ethernet, có thể được truyền đồng thời ở định dạng độc lập. Việc kết nối một nút mới với một giao thức mới thường không yêu cầu thay thế bộ chuyển mạch mà chỉ cần thêm mô-đun giao diện thích hợp hỗ trợ giao thức đó.

Nếu chỉ có một nút được kết nối với mỗi cổng chuyển mạch trong sơ đồ như vậy thì sơ đồ đó sẽ tương ứng với một mạng được phân đoạn vi mô.

Đường trục phân tán trên các thiết bị chuyển mạch

Trong mạng lưới của các tòa nhà hoặc khuôn viên lớn, việc sử dụng cấu trúc có đường trục bị sập không phải lúc nào cũng hợp lý hoặc khả thi. Cấu trúc này dẫn đến hệ thống cáp mở rộng kết nối các nút cuối hoặc bộ chuyển mạch của mạng nhóm làm việc với bộ chuyển mạch trung tâm, có bus là xương sống của mạng. Mật độ cáp cao và giá thành cao đã hạn chế việc sử dụng đường trục điểm-điểm trong các mạng như vậy. Đôi khi, đặc biệt là trên các mạng của trường, đơn giản là không thể bó tất cả các dây cáp vào một phòng do các giới hạn về độ dài liên kết do công nghệ áp đặt (ví dụ: tất cả việc triển khai công nghệ LAN đôi xoắn đều giới hạn độ dài cáp ở mức 100 m).

Do đó, trong các mạng cục bộ bao phủ các vùng lãnh thổ rộng lớn, một tùy chọn khác để xây dựng mạng thường được sử dụng - với đường trục phân tán.

Đường trục phân tán là một phân đoạn mạng dùng chung hỗ trợ một giao thức cụ thể mà các bộ chuyển mạch của mạng nhóm làm việc và bộ phận được kết nối. Trong ví dụ, đường trục phân tán được xây dựng trên cơ sở vòng FDDI kép, nơi các bộ chuyển mạch tầng được kết nối. Bộ chuyển mạch tầng có số lượng lớn cổng Ethernet, lưu lượng truy cập được chuyển thành lưu lượng giao thức FDDI khi nó được truyền dọc theo đường trục từ tầng này sang tầng khác.

Đường trục phân tán giúp đơn giản hóa việc liên lạc giữa các tầng, giảm chi phí đi cáp và khắc phục các hạn chế về khoảng cách.

Tuy nhiên, tốc độ của đường trục trong trường hợp này sẽ thấp hơn đáng kể so với tốc độ của đường trục trên bus bên trong của switch. Hơn nữa, tốc độ này là cố định và hiện không vượt quá 100 Mb/s. Do đó, đường trục phân tán chỉ có thể được sử dụng khi cường độ lưu lượng giữa các tầng hoặc tòa nhà thấp.

Chuyển đổi mô hình

Thị trường switch ngày nay rất rộng lớn, vì vậy trong bài đánh giá ngắn gọn này, chúng tôi sẽ chỉ tập trung vào một số mẫu switch phổ biến thuộc nhiều loại khác nhau. Thông thường, các thiết bị chuyển mạch được chia chủ yếu thành các lớp theo lĩnh vực ứng dụng của chúng - thiết bị chuyển mạch máy tính để bàn, thiết bị chuyển mạch nhóm làm việc, thiết bị chuyển mạch phòng ban và thiết bị chuyển mạch đường trục (thiết bị chuyển mạch doanh nghiệp). Mỗi loại switch đều có những đặc điểm riêng biệt.

Công tắc máy tính để bàn

♦ Số lượng cổng cố định;

♦ Tất cả các cổng hoạt động ở cùng tốc độ;

♦ Dùng để tổ chức các kết nối ngang hàng tại các máy trạm tốc độ cao;

♦ Chế độ chuyển đổi - “đang di chuyển”;

♦ Thông thường, chúng không chứa mô-đun quản lý SNMP và cũng không hỗ trợ thuật toán Spanning Tree.

Ví dụ: 3Com LinkSwitch 500.

Chuyển đổi nhóm làm việc

♦ Có ít nhất 1 cổng tốc độ cao (FDDI, Fast Ethernet, ATM);

♦ Giao thức phát sóng;

♦ Theo quy định, chúng được quản lý thông qua SNMP và hỗ trợ thuật toán Spanning Tree;

♦ Chế độ chuyển đổi - với bộ đệm.

Ví dụ: Dòng 3Com LinkSwitch (ngoại trừ model 500), SMC TigerSwitch XE, Bay Networks Ethernet Workgroup Switch.

Thiết bị chuyển mạch phòng ban và trung tâm dữ liệu

♦ Thiết kế mô-đun;

♦ Hỗ trợ nhiều giao thức;

♦ Khả năng chịu lỗi tích hợp:

♦ nguồn điện dự phòng;

♦ mô-đun trao đổi nóng.

♦ Bộ lọc tùy chỉnh;

♦ Hỗ trợ các phân đoạn ảo;

Ví dụ: 3Com LANplex 2500, SMC ES/1, Hệ thống chuyển mạch Lattis-Switch của Bay Networks 28115.

Công tắc đường trục của tòa nhà/khuôn viên

♦ Các thuộc tính tương tự như công tắc phòng ban;

♦ Khung xe có số lượng khe lớn (10 - 14);

♦ Băng thông nội bộ 1 - 10 Gb/s;

♦ Hỗ trợ 1-2 giao thức định tuyến (giao diện cục bộ) cho việc hình thành mạng ảo.

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

Thiết bị chuyển mạch Catalyst của Hệ thống Cisco

Switch Catalyst 5000 là model hàng đầu trong dòng Catalyst. Đây là nền tảng chuyển mạch nhiều lớp, mô-đun, cung cấp mức hiệu suất cao, cung cấp khả năng tạo kết nối chuyên dụng trên mạng Ethernet ở tốc độ 10 và 100 Mb/s và tổ chức tương tác với mạng FDDI và ATM.

Khung Catalyst 5000 có 5 khe cắm. Một mô-đun điều khiển Công cụ giám sát được cài đặt trong một khe, điều khiển quyền truy cập vào ma trận chuyển mạch, có khả năng chuyển đổi hơn 1 triệu gói mỗi giây. Mô-đun này hỗ trợ các chức năng quản lý cục bộ và từ xa và có hai cổng Fast Ethernet có thể được sử dụng để kết nối các máy chủ mạng hoặc xếp tầng các thiết bị Catalyst 5000. Các đầu nối còn lại có thể được sử dụng để cài đặt các mô-đun sau:

♦ 24 cổng 10Base-T;

♦ 12 cổng 10Base-FL;

♦ 12 cổng 100Base-TX;

♦ 12 cổng 100Base-FX;

♦ 1 cổng DAS CDDI/FDDI (không quá 3 mô-đun trong khung);

♦ 1 cổng ATM 155 Mb/s (không quá 3 mô-đun trong khung).

Một thiết bị Catalyst 5000 có thể hỗ trợ tới 96 cổng Ethernet chuyển mạch và tối đa 50 cổng Fast Ethernet được chuyển mạch.

Việc hình thành mạng ảo được hỗ trợ cả trong một thiết bị Catalyst 5000 và cho một số thiết bị dựa trên nhóm cổng. Bạn có thể tạo tối đa 1.000 mạng ảo trên nhiều thiết bị Catalyst 5000 được kết nối qua giao diện Fast Ethernet, CDDI/FDDI hoặc ATM. Bất kỳ giao diện Fast Ethernet nào cũng có thể được cấu hình làm giao diện InterSwitch Link (ISL) để hỗ trợ nhiều mạng ảo. Giao diện ISL là giải pháp độc quyền của Cisco để truyền thông tin về mạng ảo giữa các thiết bị chuyển mạch.

Tất cả các mạng ảo đều hỗ trợ giao thức IEEE 802.Id Spanning Tree để cung cấp các kết nối có khả năng chịu lỗi. Khi sử dụng giao diện ATM để kết nối các thiết bị chuyển mạch, mạng ảo được hỗ trợ dựa trên đặc tả LANE thông qua các kết nối ảo. Giao diện FDDI hỗ trợ các mạng ảo sử dụng thông số kỹ thuật 802.10.

Một tính năng đặc biệt của thiết bị chuyển mạch Catalyst là việc triển khai chuyển mạch ở lớp 3 của mô hình OSI, cho phép bạn kết hợp các mạng ảo trong thiết bị (điều này yêu cầu phần mềm bổ sung).

Mô-đun quản lý chuyển mạch hỗ trợ ba cấp độ hàng đợi khung với mức độ ưu tiên khác nhau, với mức độ ưu tiên được gán riêng cho từng cổng. Điều này cho phép bạn phục vụ hiệu quả lưu lượng đa phương tiện.

Bộ đệm lớn (192 KB mỗi cổng) đảm bảo việc lưu trữ và truyền thông tin trong thời gian tải cao điểm.

Hệ thống Catalyst 3000 là triển khai ban đầu của kiến trúc ngăn xếp cho các thiết bị chuyển mạch. Kiến trúc này được hỗ trợ bởi hai loại thiết bị:

♦ Switch Catalyst 3000 với 16 cổng 10Base-T, một cổng AUI và hai khe cắm mở rộng. Các mô-đun mở rộng có thể có 1 cổng 100Base-TX, 3 cổng 10Base-FL, 4 cổng 10Base-T hoặc 1 cổng ATM. Cổng giám sát phản chiếu bất kỳ cổng dữ liệu nào sang cổng bên ngoài.

♦ Catalyst Matrix - ma trận chuyển mạch 8 cổng có thể được sử dụng để xếp chồng tối đa 8 thiết bị chuyển mạch Catalyst 3000 để tạo thành một trung tâm chuyển mạch duy nhất.

Bộ chuyển mạch Catalyst 3000 kết nối với Ma trận Catalyst thông qua các cổng 280 Mb/s chuyên dụng. Hiệu suất xe buýt Catalyst Matryx là 3,84 Gb/s.

Switch chạy iOS và sử dụng hai thuật toán chuyển mạch - cut-throw và store-and-forward.

Ngăn xếp Catalyst 3000 hỗ trợ tới 64 mạng ảo và cho phép lọc lưu lượng truy cập theo địa chỉ nguồn và đích. Số lượng địa chỉ MAC tối đa lên tới 10K trên mỗi thiết bị.

Hỗ trợ thuật toán Spanning Tree và quản lý SNMP.

SMC EliteSwitch ES/1

Tập đoàn SMC (hiện là một phần của bộ phận chuyển mạch của Cabletron) đã phát triển EliteSwitch ES/l như một công cụ hiệu quả để xây dựng đường trục mạng cỡ trung bình. Bộ chuyển mạch ES/1 kết hợp các chức năng của bộ chuyển mạch Ethernet/Token Ring/FDDI hiệu suất cao và bộ định tuyến cục bộ, cho phép bạn tạo mạng IP và IPX ảo dựa trên các nhóm làm việc được chuyển đổi ảo. Do đó, một thiết bị kết hợp các chức năng chuyển mạch và liên mạng cần thiết để xây dựng một mạng cục bộ có cấu trúc dựa trên bus tốc độ cao nội bộ. Bộ chuyển mạch này cũng hỗ trợ các kết nối toàn cầu với cấu trúc liên kết điểm-điểm thông qua các đường T1/E1, cho phép bạn kết nối một số mạng cục bộ được xây dựng trên cơ sở của nó với nhau.

Bộ chuyển mạch ES/1 sử dụng công nghệ chuyển mạch đệm, cho phép nó dịch các giao thức lớp liên kết, thực hiện lọc tùy chỉnh, thu thập số liệu thống kê và định tuyến cục bộ.

Tổ chức chuyển mạch ES/1

Hub mô-đun ES/1 của SMC là một thiết bị ở dạng vỏ khung với bảng giao tiếp phía sau, trên đó tạo ra một bus nội bộ có hiệu suất 800 Mb/s. Công cụ xử lý gói bao gồm hai mô-đun bộ xử lý được trang bị bộ xử lý AMD 29000 RISC hiệu suất cao. Một trong các bộ xử lý được thiết kế để truyền các gói (nghĩa là thực hiện các chức năng chuyển mạch) và mô-đun còn lại thực hiện quản trị - lọc trên các cổng trung tâm theo quy định. mặt nạ được quản trị viên nhập và kiểm soát toàn bộ logic hoạt động của bộ tập trung. Cả hai bộ xử lý đều có quyền truy cập vào bộ nhớ dùng chung 4 MB.

Như đã lưu ý, mô-đun xử lý gói của bộ chuyển mạch ES/1 được xây dựng trên kiến trúc bộ xử lý kép, trong đó mỗi bộ xử lý chịu trách nhiệm về các chức năng riêng của nó. Tuy nhiên, nếu một trong số chúng bị lỗi, bộ xử lý thứ hai sẽ đảm nhận tất cả các chức năng của bộ xử lý thứ nhất. Trong trường hợp này, toàn bộ công tắc sẽ tiếp tục hoạt động bình thường; hiệu suất của nó chỉ có thể giảm một chút.

Bảng địa chỉ trung tâm cho phép bạn lưu trữ tới 8192 địa chỉ MAC.

Phần mềm điều khiển hoạt động của hub ES/1 được sao chép vào hai dãy bộ nhớ Flash. Thứ nhất, điều này cho phép bạn nâng cấp các phiên bản phần mềm mới mà không ngăn trung tâm thực hiện các chức năng chính của nó là chuyển mạch gói và thứ hai, lỗi khi tải phần mềm mới từ ngân hàng bộ nhớ Flash sẽ không dẫn đến lỗi trung tâm, vì phần mềm từ ngân hàng bộ nhớ đầu tiên sẽ vẫn hoạt động và trung tâm sẽ tự động khởi động lại.

Các mô-đun giao tiếp mạng được lắp vào các khe trung tâm và công nghệ tự cấu hình tự động plug-and-play được triển khai. Mỗi mô-đun được trang bị bộ xử lý RISC riêng, bộ xử lý này chuyển đổi các gói đến thành dạng độc lập với giao thức (điều này có nghĩa là chỉ khối dữ liệu, địa chỉ đích và nguồn, cũng như thông tin giao thức mạng được lưu trữ) và truyền chúng đi xa hơn dọc theo bên trong. bus tới bộ xử lý gói.

Hoạt động có khả năng chịu lỗi của các mô-đun được đảm bảo bằng sự hiện diện trong mỗi mô-đun của một cảm biến đặc biệt sẽ gửi cảnh báo đến bảng điều khiển vận hành khi nhiệt độ đạt đến mức tới hạn. Điều này có thể xảy ra, ví dụ, do bụi trong bộ lọc không khí. Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng và vượt quá giá trị ngưỡng thứ hai, mô-đun sẽ tự động ngắt nguồn điện để tránh hỏng phần đế. Khi nhiệt độ giảm xuống, mô-đun sẽ tự động tiếp tục hoạt động.

Một tính năng quan trọng của hub ES/1 là khả năng bảo vệ tích hợp của nó chống lại các cơn bão gói quảng bá. Phần mềm trung tâm ES/1 cho phép bạn đặt giới hạn về tần suất xuất hiện của các gói như vậy trên mỗi cổng của trung tâm; nếu vượt quá giới hạn này, các gói quảng bá sẽ ngừng được truyền đến các phân đoạn mạng khác, điều này sẽ duy trì chức năng của chúng.

Lọc và nhóm làm việc ảo

Sử dụng cơ chế che cổng, quản trị viên có thể tạo các nhóm làm việc ảo để bảo vệ khỏi truy cập trái phép và cải thiện hiệu suất mạng LAN bằng cách phân phối lại các luồng thông tin.

Tính năng lọc có thể được kích hoạt trên các gói đến và/hoặc gửi đi, theo địa chỉ MAC hoặc theo toàn bộ phân đoạn, v.v. Tổng cộng, mặt nạ có thể chứa tối đa 20 điều kiện, được kết hợp bởi các toán hạng Boolean “AND” và “OR”. Rõ ràng là mỗi gói đến cổng chuyển mạch phải được kiểm tra bổ sung xem có tuân thủ các điều kiện lọc hay không, yêu cầu tài nguyên máy tính bổ sung và có thể dẫn đến giảm hiệu suất. Thực tế là ES/1 có một trong hai bộ xử lý dành riêng cho việc kiểm tra các điều kiện lọc đảm bảo rằng bộ chuyển mạch duy trì hiệu suất cao khi quản trị viên nhập mặt nạ.

Cùng với lỗi thiết bị, lỗi do nhân viên bảo trì có thể làm gián đoạn hoạt động bình thường của mạng LAN. Vì vậy, chúng tôi đặc biệt lưu ý đến một chế độ lọc ảo thú vị khác của switch ES/1. Ở chế độ này, tính năng lọc không được kích hoạt về mặt vật lý nhưng số liệu thống kê được thu thập trên các gói thỏa mãn điều kiện lọc. Điều này cho phép quản trị viên mạng LAN dự đoán trước hành động của mình trước khi bật bộ lọc.

Mô-đun giao tiếp trung tâm ES/1

ES/1 hỗ trợ tối đa năm mô-đun. Bạn có thể chọn bất kỳ sự kết hợp mô-đun nào cho Ethernet, Token Ring và FDDI, cũng như cho các đường truyền tốc độ cao T1/E1 và TZ/EZ. Tất cả các mô-đun, bao gồm cả nguồn điện, có thể được thay thế mà không cần ngắt kết nối mạng hoặc tắt nguồn của thiết bị trung tâm. Mỗi mô-đun hỗ trợ một tập hợp các tham số có thể định cấu hình để cải thiện khả năng quản lý và thu thập số liệu thống kê.

♦ QEIOM (Mô-đun I/O 4 Ethernet)

Có thể kết nối tối đa bốn phân đoạn Ethernet độc lập với mô-đun này. Mỗi phân đoạn có thể truyền và nhận thông tin với tốc độ thông lượng Ethernet thông thường là 14.880 gói mỗi giây. ES/1 cung cấp kết nối giữa bốn phân đoạn này thông qua cầu nối và bộ định tuyến cũng như với phần còn lại của mạng. Các mô-đun này đi kèm với các loại đầu nối khác nhau: AUI, BNC, RJ-45 (cáp xoắn) và ST (cáp quang).

♦ QTIOM (Mô-đun I/O vòng mã thông báo)

Thông qua mô-đun QTIOM, tối đa bốn mạng Token Ring tốc độ 4 hoặc 16 Mb/s được kết nối. Mô-đun này hỗ trợ tất cả các giao thức mạng Token Ring chính - Định tuyến nguồn IBM, Cầu nối trong suốt và Định tuyến nguồn trong suốt - và đảm bảo sự tương tác “minh bạch” của mạng Token Ring với các loại mạng khác, chẳng hạn như Ethernet hoặc FDDI. Mô-đun này có sẵn ở dạng cặp xoắn được che chắn và không được che chắn.

♦ IFIOM (Mô-đun I/O FDDI gắn kép thông minh)

Mô-đun IFIOM kết nối phân đoạn cáp quang của mạng FDDI với ES/1 và cung cấp sự tương tác minh bạch giữa các loại mạng khác nhau. Nó hỗ trợ tất cả các chức năng của Trạm gắn kép FDDI. Mô-đun này cũng hỗ trợ Bộ chuyển mạch quang học bên ngoài, giúp tăng khả năng phục hồi mạng trong trường hợp mất điện ES/1. Có sẵn ở nhiều dạng sửa đổi khác nhau: dành cho sợi đơn mode và đa mode và ở dạng kết hợp của chúng.

♦ CEIOM24 (Mô-đun I/O Ethernet tập trung 24 cổng)

Mô-đun này bao gồm một hub Ethernet đôi xoắn 24 cổng. Nó tăng hiệu suất mạng với chi phí thấp hơn so với một thiết bị bên ngoài tương tự. Các cổng của nó được nhóm thành một phân đoạn Ethernet độc lập duy nhất và giao tiếp với các mô-đun khác thông qua bộ chuyển mạch/bộ định tuyến ES/1.

♦ SHOM (Mô-đun I/O giao diện nối tiếp tốc độ cao)

NUM cho phép bạn kết nối mạng với mạng LAN từ xa thông qua đường truyền tốc độ cao bằng giao thức HSSI với tốc độ lên tới 52 Mb/s. Giao thức PPP được hỗ trợ.

Khả năng quản lý SNMP

Hub mô-đun ES/1 có thể được quản lý bằng cách sử dụng bất kỳ hệ thống quản lý tiêu chuẩn nào dựa trên giao thức HaSNMP-npo, bao gồm: HP OpenView, IBM NetView/6000, Sun NetManager, v.v. bảng điều khiển quản lý được thêm vào các mô-đun phần mềm SMC bảng điều khiển quản lý được liệt kê của dòng EliteView. Ngoài ra, còn có phiên bản Windows của phần mềm giám sát và điều khiển: EliteView cho Windows.

Các sơ đồ điển hình để sử dụng trung tâm ES/1

♦ Tạo xương sống thoái hóa (Collapsed Backbone)

Đường trục thoái hóa bên trong switch được sử dụng trong các mạng công ty lớn. Một số phân đoạn lớn của mạng cục bộ được kết nối với các cổng của trung tâm, trong trường hợp này, bus đóng vai trò là đường trục chính với thông lượng hàng trăm Mb/s. Cách tiếp cận này cho phép bạn tăng thông lượng mạng lên nhiều lần so với việc sử dụng cầu nối truyền thống trên từng phân đoạn mạng. Đồng thời, khả năng quản lý tập trung tất cả các thành phần của mạng công ty được tăng lên đáng kể.

♦ Kênh Ethernet chuyên dụng

Sơ đồ kết nối thiết bị với các cổng của hub chuyển mạch này thường được sử dụng để tạo đường trục tốc độ cao (với thông lượng được đảm bảo là 10 Mb/s) giữa hub và máy chủ mạng cục bộ (thường là máy chủ tệp hoặc máy chủ cơ sở dữ liệu) . Các trung tâm mô-đun cho phép bạn tổ chức, nếu cần, kết nối máy chủ thông qua kênh FDDI hoặc Fast Ethernet tốc độ cao.

♦ Chuyển đổi phát sóng

Chuyển đổi trong ES/1 dựa trên công nghệ Độc lập Giao thức Đồng bộ, hỗ trợ các công nghệ mạng cục bộ cơ bản, cho phép dịch giữa các khung có định dạng khác nhau. Do đó, bộ chuyển mạch ES/1 có thể được sử dụng để kết nối các loại mạng khác nhau - Ethernet, Token Ring, FDDI và việc phát sóng diễn ra ở tốc độ chuyển mạch và không tạo ra tắc nghẽn lưu lượng trong quá trình truyền giữa các mạng.

♦ Hình thành các nhóm ảo

Theo mặc định, switch hoạt động ở chế độ bridge, kiểm tra lưu lượng truy cập đi qua các cổng của nó và xây dựng bảng địa chỉ phân đoạn. Bằng cách sử dụng phần mềm EliteView, quản trị viên có thể xác định thành phần của các nhóm làm việc ảo ở dạng đồ họa thuận tiện, bao gồm các phân đoạn cục bộ nếu một hub hoặc một phân đoạn Ethernet trên cáp đồng trục được kết nối với cổng ES/1 hoặc các máy trạm riêng lẻ. , nếu chúng được kết nối với kênh dành riêng cho cổng. Các nhóm làm việc ảo có thể bao gồm các cổng khác nhau trên một hoặc nhiều bộ chuyển mạch ES/1.

♦ Mạng ảo

Cùng với việc hình thành các nhóm làm việc ảo cách ly để bảo vệ dữ liệu và bản địa hóa lưu lượng, một tính năng rất hữu ích của switch là khả năng kết hợp các nhóm này vào Internet bằng cách sử dụng định tuyến nội bộ các gói tin giữa các phân đoạn ảo được khai báo là mạng ảo (IP hoặc IPX). . Trong trường hợp này, việc truyền các gói giữa các cổng thuộc một mạng diễn ra nhanh chóng dựa trên chuyển mạch gói, đồng thời các gói dành cho mạng khác sẽ được định tuyến. Điều này đảm bảo sự cộng tác giữa các nhóm làm việc ảo, đồng thời thực hiện tất cả các chức năng mà bộ định tuyến cung cấp để bảo vệ các mạng khỏi nhau.

Bộ chuyển mạch mạng LAN 3Com

3Com có sự hiện diện mạnh mẽ trên thị trường chuyển mạch, sản xuất nhiều loại thiết bị chuyển mạch cho mọi ứng dụng.

Lĩnh vực thiết bị chuyển mạch dành cho các ứng dụng máy tính để bàn và nhóm làm việc được đại diện bởi các thiết bị chuyển mạch thuộc dòng Link Switch. Các thiết bị chuyển mạch dành cho mạng cục bộ và thiết bị chuyển mạch đường trục được đại diện bởi dòng LANplex. Công ty sản xuất các thiết bị chuyển mạch thuộc dòng CELLplex cho mạng ATM.

Công nghệ chuyển mạch sẽ không hiệu quả nếu không dựa vào các LSI - ASIC chuyên dụng, được tối ưu hóa để thực hiện nhanh chóng các hoạt động đặc biệt. 3Com xây dựng các bộ chuyển mạch của mình trên nhiều ASIC được thiết kế để chuyển đổi các giao thức cụ thể.

♦ ASIC ISE (Công cụ chuyển mạch thông minh) được thiết kế để thực hiện các hoạt động chuyển mạch Ethernet và FDDI, cũng như hỗ trợ các chức năng định tuyến và điều khiển. Được sử dụng trong các thiết bị chuyển mạch LANplex 2500, LANplex 6000 và LinkSwitch 2200.

♦ ASIC TRSE (Token Ri lg Switching Engine) thực hiện chuyển đổi mạng Token Ring. Được sử dụng trong các thiết bị chuyển mạch LinkSwitch 2000 TR và LANplex 6000.

♦ ASIC BRASICA thực hiện chuyển mạch Ethernet/Fast Ethernet. Hỗ trợ công nghệ mạng ảo và đặc tả RMON. Được sử dụng trong các thiết bị chuyển mạch LinkSwitch 1000 và LinkSwitch 3000.

♦ ZipChip ASIC hỗ trợ chuyển mạch ATM, cũng như chuyển đổi khung Ethernet sang tế bào ATM được sử dụng trong bộ chuyển mạch CELLplex 7000 và LinkSwitch 2700.

Bộ chuyển mạch LANplex 6012 là mẫu bộ chuyển mạch LAN cao cấp được thiết kế để hoạt động ở cấp độ xương sống của mạng công ty.

Cấu trúc của bộ chuyển mạch vẫn thể hiện định hướng của các phiên bản trước đó đối với chuyển mạch FDDI/Ethernet. Trước khi có các mô-đun kết nối với bus HSI độc lập với giao thức tốc độ cao, bộ chuyển mạch đã sử dụng các bus FDDI để liên lạc giữa các mô-đun.

Các tính năng chính của bộ chuyển mạch LANplex 6012:

♦ Thiết bị quản lý (mô-đun riêng) hỗ trợ SNMP, RMON và FDDI SMT;

♦ Mạng ảo được tạo ra dựa trên:

♦ nhóm các cảng;

♦ nhóm các địa chỉ MAC.

♦ Hỗ trợ định tuyến IP và IPX (RIP):

♦ một số mạng con trên mỗi cổng;

♦ một số cổng trên mỗi mạng con.

♦ IP bị phân mảnh;

♦ Bộ xử lý ASIC+RISC;

♦ Sự hiện diện của chức năng Cổng phân tích lưu động cho phép bạn giám sát lưu lượng của bất kỳ cổng chuyển mạch nào;

♦ Hỗ trợ thuật toán Spanning Tree;

♦ Lọc bão phát sóng.

Ví dụ về bộ chuyển mạch ATM cho mạng cục bộ Bộ chuyển mạch 3Com CELLplex

Bộ chuyển mạch CELLplex 7000 là một thiết bị dựa trên khung mô-đun có thể chuyển đổi tới 16 cổng ATM (4 mô-đun, mỗi mô-đun 4 cổng). Nó được thiết kế để tạo thành đường trục mạng ATM tốc độ cao bằng cách kết nối với các thiết bị chuyển mạch ATM khác hoặc để kết nối các nút ATM tốc độ cao

đến một đường trục mạng được kéo lại với nhau về một điểm dựa trên trung tâm dữ liệu có cổng ATM.

Trung tâm chuyển mạch cung cấp khả năng trao đổi dữ liệu 16x16 bằng cách sử dụng công nghệ chuyển mạch nhanh chóng không chặn với tổng thông lượng 2,56 Gb/s và hỗ trợ lên tới 4096 kênh ảo trên mỗi cổng.

Bus nội bộ thụ động của bộ chuyển mạch cung cấp tốc độ truyền dữ liệu lên tới 20,48 Gb/s, cho phép di chuyển trong tương lai sang các mô-đun giao diện có nhiều cổng hơn hoặc cổng nhanh hơn.

Khung máy dự phòng hoàn toàn với nguồn điện kép, trung tâm kết cấu dự phòng và thiết kế mô-đun giúp CELLplex 7000 trở thành một công tắc linh hoạt, sẵn sàng cho đường trục, đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng quan trọng nhất của bạn.

Có hai loại mô-đun giao diện:

♦ mô-đun có 4 cổng OS-Zs 155 Mb/s dành cho cáp quang đa mode, dành cho truyền thông địa phương;

♦ mô-đun với 4 cổng DS-3 45 Mb/s - dành cho truyền thông toàn cầu.

Bộ chuyển mạch hỗ trợ các thông số kỹ thuật chính của công nghệ ATM: thiết lập các mạch ảo chuyển mạch (SVC) theo thông số kỹ thuật UNI 3.0 và 3.1, hỗ trợ các mạch ảo cố định (PVC) sử dụng hệ thống quản lý, Giao thức báo hiệu chuyển mạch tạm thời (IISP), LAN thi đua, quản lý quản lý tắc nghẽn.

Quản lý chuyển mạch được triển khai cho các tiêu chuẩn sau: SNMP, ILMI, MIB 2, ATM MIB, SONET MIB. Hệ thống điều khiển Transcend được sử dụng.

Bộ chuyển mạch CELLplex 7200 kết hợp chức năng của bộ chuyển mạch ATM và bộ chuyển mạch Ethernet đồng thời loại bỏ các tắc nghẽn trong mạng đường trục và mạng cục bộ.

CELLplex 7200 cung cấp các liên kết Ethernet tốc độ đầy đủ cho các phân đoạn mạng LAN được chia sẻ, máy chủ và máy trạm riêng lẻ yêu cầu hiệu suất tăng lên.

Ngoài ra, bộ chuyển mạch có thể được cấu hình với các cổng ATM để kết nối với các bộ chuyển mạch nhóm làm việc, máy chủ ATM và máy trạm cũng như để kết nối với đường trục của mạng ATM.

Trung tâm chuyển mạch ATM (8x8) được kết hợp với bộ xử lý chuyển mạch Ethernet/ATM trên chip ZipChip. ZipChip chuyển đổi các gói dữ liệu Ethernet thành các tế bào ATM tiêu chuẩn và sau đó chuyển chúng với tốc độ lên tới 780.000 tế bào mỗi giây.

Không giống như mẫu CELLplex 7000, mẫu CELLplex 7200 không có hai mà là bốn loại mô-đun giao diện:

♦ module với hai cổng ATM OS-Zs;

♦ mô-đun có hai cổng DS-3;

♦ mô-đun có 12 cổng Ethernet và một cổng ATM OS-Zs;

♦ mô-đun có 12 cổng Ethernet và một cổng ATM DS-3.

Các đặc điểm còn lại của switch CELLplex 7200 và CELLplex 7000 gần như giống nhau.

Thiết bị chuyển mạch ATM của Bay Networks LattisCell và EtherCell

Dòng sản phẩm dành cho công nghệ ATM của Bay Networks bao gồm bộ chuyển mạch LattisCell (chỉ chuyển mạch ATM), bộ chuyển mạch EtherCell (chuyển mạch Ethernet-ATM), phần mềm Hệ thống quản lý kết nối ATM và phần mềm Ứng dụng quản lý mạng ATM.

Có sẵn một số mô hình chuyển mạch ATM, mỗi mô hình cung cấp một sự kết hợp cụ thể của các lớp vật lý, phương tiện truyền dẫn và khả năng dự phòng nguồn điện.

Bộ chuyển mạch EtherCell được thiết kế để loại bỏ tắc nghẽn trong các nhóm làm việc LAN bằng công nghệ Ethernet chia sẻ truyền thống. Sử dụng công tắc này, bạn có thể giảm bớt đường dây liên lạc với máy chủ và bộ định tuyến. 10328 EtherCell có 12 cổng 10Base-T và truy cập trực tiếp vào mạng ATM. Cổng Ethernet có thể cung cấp băng thông chuyên dụng 10 Mbps bằng cách chuyển đổi chúng.

Phần mềm Hệ thống quản lý kết nối ATM (CMS) nằm trên máy trạm SunSPARCStation để điều phối và quản lý các kết nối chuyển mạch. CMS tự động tìm hiểu cấu trúc liên kết mạng và thiết lập kết nối ATM ảo giữa các trạm giao tiếp.

Phần mềm Ứng dụng Quản lý Mạng ATM, hoạt động cùng với CMS, cung cấp khả năng quản lý mạng ATM tại trạm quản lý trung tâm.

Mẫu chuyển mạch ATM LattisCell 10114A được thiết kế để sử dụng trong mạng trường học (khoảng cách giữa các switch lên tới 2 km) và là thiết bị được thiết kế dưới dạng hộp độc lập với số lượng cổng cố định, số lượng cổng là 16. Mỗi cổng cung cấp thông lượng 155 Mb/s trên cáp quang đa mode. Các chức năng của lớp vật lý được triển khai theo tiêu chuẩn SONET/SDH 155 Mb/s, cũng như UNI 3.0

Kiến trúc FastMatrix cung cấp tổng tốc độ truyền dữ liệu nội bộ là 5 Gb/s, cho phép chuyển đổi tất cả các cổng mà không bị chặn. Chức năng phát sóng và phát đa hướng được hỗ trợ.

Yêu cầu kết nối có thể được thực hiện cho các cấp Chất lượng dịch vụ (QoS) khác nhau:

♦ QoS 1 - được sử dụng cho dịch vụ CBR (tốc độ bit không đổi);

♦ QoS 2 - được sử dụng cho dịch vụ VBR RT (Ứng dụng thời gian thực tốc độ bit thay đổi);

♦ QoS 3/4 - được sử dụng cho dịch vụ VBR, nhằm truyền dữ liệu mạng cục bộ bằng các thủ tục dựa trên kết nối và không kết nối;

♦ QoS 0 - được sử dụng cho dịch vụ UBR.

Thiết bị cũng được quản lý bằng hệ thống phần mềm CMS, yêu cầu: SunSPARCStation 2 trở lên, Sun OS 4.1.3 trở lên cho kết nối Ethernet không chuyên dụng hoặc Solaris 2.4 cho kết nối ATM trực tiếp.

Các mẫu công tắc LattisCell khác (10114R, 10114A-SM, 10114R-SM, 10114R-SM, 10114-DS3, 10114-EZ, 10115A, 10115R) khác nhau ở sự hiện diện của nguồn điện dự phòng, cũng như loại cổng (tổng số cổng ở bất kỳ model nào là 16). Ngoài các cổng đa chế độ, bộ chuyển mạch có thể có cổng cáp quang đơn chế độ (dành cho các mạng có khoảng cách lên tới 25 km), cũng như các cổng dành cho cáp đồng trục với DS-3 (45 Mb/s) và EZ (34 Mb). /s) để kết nối với mạng toàn cầu thông qua đường TZ/EZ.

Các mẫu chuyển mạch EtherCell (10328-F và 10328-SM) cung cấp khả năng chuyển đổi Ethernet-to-Ethernet và Ethernet-ATM. Các mẫu này có 12 cổng RJ-45 10Base-T và một cổng truy cập trực tiếp ATM 10 Mbps. Các cổng 10Base-T có thể được sử dụng để cung cấp tốc độ 10 Mbps đầy đủ của đường truyền dành riêng cho máy chủ tốc độ cao hoặc để chia sẻ nó giữa một phân đoạn của các trạm nhóm làm việc.

EtherCell 10328-F hỗ trợ cáp quang đa mode để liên lạc với mạng ATM trong khoảng cách lên tới 2 km.

EtherCell 10328-SM hỗ trợ cáp quang đơn mode để liên lạc với mạng ATM trong khoảng cách lên tới 20 km.

Các thiết bị chuyển mạch hỗ trợ tiêu chuẩn mô phỏng mạng LAN, tiêu chuẩn này xác định sự tương tác của mạng cục bộ với mạng ATM ở cấp độ giao thức lớp liên kết. Ngoài ra, các thông số kỹ thuật MIB tiêu chuẩn của UNI, M1B-P, EtherCell-MIB và Bay Networks đều được hỗ trợ.

Thông qua cổng ATM, bộ chuyển mạch EtherCell có thể kết nối với cổng SONET/SDH của bộ chuyển mạch LattisCell.

Bộ chuyển mạch EtherCell bao gồm phần mềm HSA (Tác nhân báo hiệu máy chủ), hoạt động như một tác nhân proxy cho máy chủ Ethernet.

Thiết bị chuyển mạch EtherCell hỗ trợ việc hình thành các nhóm ảo được phân phối trên đường trục mạng ATM được hình thành bởi các thiết bị chuyển mạch LattisCell.

Bộ chuyển mạch Cisco LightStream 1010

Bộ chuyển mạch LightStream 1010 là bộ chuyển mạch ATM để tạo đường trục mạng của phòng ban hoặc trường.

Bộ chuyển mạch có tổng hiệu suất là 5 Gb/s và dựa trên khung 5 khe.

Khe trung tâm chứa Bộ xử lý chuyển mạch ATM (ASP), có bộ nhớ chia sẻ 5 Gb/s, cơ cấu chuyển mạch hoàn toàn không chặn và bộ xử lý MIPS R4600 100 MHz RISC hiệu suất cao. Mô-đun ASP chạy hệ điều hành Internetworking IOS, giống như các bộ định tuyến và chuyển mạch của các mẫu Cisco cũ hơn. Phần mềm mô-đun ASP có thể được thay thế nhanh chóng, nghĩa là không cần dừng chuyển đổi, điều này rất quan trọng trong bối cảnh các thông số kỹ thuật của Diễn đàn ATM thường xuyên thay đổi.

4 khe còn lại dùng để cài đặt các module giao diện CAM, mỗi module có thể chứa tối đa 2 module adapter cổng RAM. Do đó, bộ chuyển mạch có thể có cấu hình tối đa lên tới 8 mô-đun RAM từ bộ sau:

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

♦ 1 cổng ATM 622 Mb/s (OS 12) (đa chế độ);

♦ 4 cổng ATM 155 Mb/s (OSZ) (chế độ đơn);

♦ 4 cổng ATM 155 Mb/s (OSZ) (đa chế độ);

♦ 4 cổng ATM 155 Mb/s (OSZ) (trên UTP Cat 5 cặp xoắn không được che chắn);

♦ 2 cổng DS3/T3 45 Mb/s;

♦ 2 cổng EZ 34 Mb/s.

Bộ chuyển mạch LightStream 1010 là một trong những bộ chuyển mạch đầu tiên trong ngành hỗ trợ thông số định tuyến PNNI Giai đoạn 1, cần thiết cho các kết nối chuyển mạch định tuyến (SVC) trong các mạng ATM không đồng nhất, có tính đến chất lượng dịch vụ cần thiết.

Tất cả các loại lưu lượng truy cập do ATM Forum xác định đều được hỗ trợ, bao gồm cả ABR.

Đối với các kết nối giữa người dùng với bộ chuyển mạch, giao thức UNI 3.0 được sử dụng (dự kiến cũng sẽ hỗ trợ UNI 3.1 trong tương lai gần).

Bộ chuyển mạch LightStream 1010 có thể hoạt động như một bộ chuyển mạch trung tâm trong mạng của trường.

Chuyển đổi bài kiểm tra

Vì các thiết bị chuyển mạch không ngừng mở rộng phạm vi hoạt động nên sự quan tâm đến chúng từ các phòng thí nghiệm thử nghiệm khác nhau không giảm. Về cơ bản, các đặc tính hiệu suất khác nhau được thử nghiệm cho các cấu hình mạng điển hình.

Các thử nghiệm được thực hiện thú vị ở hai khía cạnh. Thứ nhất, bản thân kết quả kiểm tra rất thú vị, mặc dù trong mọi trường hợp, chúng không thể được coi là tuyệt đối. Nếu một công tắc hoạt động tốt hơn công tắc khác trên một chỉ báo nhất định trong các điều kiện nhất định 10% hoặc 20%, điều này không có nghĩa là trong các điều kiện khác, công tắc thứ hai sẽ không hoạt động tốt hơn 15%. Đồng thời, độ trễ đáng kể so với tổng số mẫu của bất kỳ công tắc nào sẽ cảnh báo những người mua tiềm năng của nó.

Thứ hai, các điều kiện thử nghiệm được tạo ra rất thú vị vì chúng thường được lựa chọn dựa trên kinh nghiệm vận hành các công tắc và tương ứng với các điều kiện vận hành khắc nghiệt nhất.

Phần sau đây mô tả các điều kiện và kết quả thử nghiệm thiết bị chuyển mạch được thực hiện chung bởi phòng thí nghiệm thử nghiệm của tạp chí Truyền thông Dữ liệu và Phòng thí nghiệm Mạng Châu Âu. Khi nhận được kết quả thử nghiệm đầu tiên, họ đã thảo luận với đại diện của các công ty sản xuất, kết quả là phần mềm của một số mẫu xe đã có những thay đổi nhằm cải thiện hiệu suất của chúng trong các điều kiện cụ thể của thử nghiệm.

Các thiết bị chuyển mạch đã được thử nghiệm trong cấu hình đường trục phân tán, trong đó một số lượng lớn cổng Ethernet 10 Mb/s trao đổi dữ liệu thông qua đường trục Fast Ethernet hoặc FDDI.

Tải mạng được tạo bởi hai bộ tạo lưu lượng Smartbits Advanced SMB100, gửi lưu lượng đến 20 cổng Ethernet của mỗi trong số hai mẫu chuyển mạch được thử nghiệm. Lưu lượng gửi đến mỗi cổng đầu vào được định tuyến qua cổng đó đến 39 cổng chuyển mạch khác với xác suất bằng nhau trong tất cả các thử nghiệm ngoại trừ thử nghiệm độ trễ chèn, trong đó lưu lượng được gửi đơn giản theo một hướng qua đường trục. Các khung có kích thước tối thiểu là 64 byte mỗi khung đã được sử dụng.

Bộ tạo lưu lượng đã đếm số lượng khung hình đến cổng đích và dựa trên dữ liệu này, ước tính định lượng về chất lượng truyền tải lưu lượng bằng các thiết bị chuyển mạch đã được tính toán.

Thử nghiệm đầu tiên đã kiểm tra khả năng của bộ chuyển mạch trong việc truyền tải các đợt lưu lượng truy cập ngắn hạn mà không bị mất mát.

Điều kiện thử nghiệm: cung cấp gói 24 khung hình cho mỗi cổng, tạm dừng 1 giây, cung cấp gói 62 khung hình cho mỗi cổng, tạm dừng 1 giây, v.v. đồng thời tăng kích thước gói lên 744 khung hình. Mỗi cụm tạo ra 100% tải trên mỗi cổng trong số 40 cổng Ethernet tham gia thử nghiệm.

Kết quả kiểm tra

Trong các thử nghiệm đầu tiên, bộ chuyển mạch LANplex bị mất một tỷ lệ khung hình khá lớn, sau đó các chuyên gia của 3Com đã điều chỉnh phần mềm của nó và tăng mức độ hung hăng của các cổng chuyển mạch. Kết quả là switch đã ngừng mất khung hình.

Thử nghiệm thứ hai đã kiểm tra thông lượng chuyển mạch tối đa trên mỗi cổng ở mức tải cổng ngắn hạn 100%.

Điều kiện thử nghiệm: một loạt 24 khung hình được tạo cho mỗi cổng và tốc độ phân phối khung hình tối đa đến cổng đích đã được đo.

Kết quả kiểm tra

Bộ chuyển mạch Catalist 5000 hoạt động tốt nhất, truyền gần 5.000 khung hình mỗi giây với thông lượng lý thuyết tối đa là 7.440 khung hình mỗi giây (chỉ những khung hình nhận được sau đó mới được tính đến). Việc giảm đáng kể thông lượng thực tế so với mức tối đa có thể phản ánh khó khăn mà bộ chuyển mạch gặp phải trong hoạt động bán song công, gửi và nhận khung đồng thời. Bộ chuyển mạch LANplex có phần tụt hậu so với bộ chuyển mạch dẫn đầu, điều mà các chuyên gia tiến hành thử nghiệm cho là do mức độ tích cực quá cao được đặt ra để ngăn ngừa mất khung hình. Mức này “làm chậm” nút cuối quá nhiều, khiến nút này không thể phát triển tốc độ gửi khung hình tới mạng cao hơn.

Thử nghiệm thứ ba đánh giá độ trễ do chuyển mạch gây ra khi truyền khung qua đường trục

Điều kiện thử nghiệm: Dòng khung hình một chiều liên tục qua đường cao tốc. Khoảng thời gian từ khi bit đầu tiên của khung đến cổng Ethernet đầu vào của bộ chuyển mạch đầu tiên và sự xuất hiện của bit đầu tiên của cùng một khung tại cổng Ethernet đầu ra của bộ chuyển mạch thứ hai đã được đo.

Kết quả kiểm tra

Các bộ chuyển mạch sử dụng vòng FDDI làm đường trục có độ trễ cao hơn so với các bộ chuyển mạch được kết nối qua đường trục Fast Ethernet. Điều này không có gì đáng ngạc nhiên vì trong trường hợp sau không có khung hình nào được phát sóng.

Tốc độ lọc và chuyển tiếp khung là hai đặc tính hiệu suất chính của bộ chuyển mạch. Những đặc điểm này là không thể thiếu; chúng không phụ thuộc vào cách thức thực hiện chuyển mạch về mặt kỹ thuật.

Tốc độ lọc là tốc độ mà switch thực hiện các bước xử lý khung sau:

1. Nhận khung vào bộ đệm của bạn.

3. Phá hủy khung, vì cổng đích và cổng nguồn của nó thuộc về một phân đoạn logic đơn.

Tốc độ lọc của hầu hết tất cả các thiết bị chuyển mạch không phải là yếu tố chặn - công tắc quản lý việc loại bỏ các khung hình ở tốc độ chúng đến.

Tốc độ chuyển tiếp là tốc độ mà switch thực hiện các giai đoạn xử lý khung tiếp theo.

1. Nhận khung vào bộ đệm của bạn.

2. Nhìn qua bảng địa chỉ để tìm cổng cho địa chỉ đích của khung.

3. Truyền khung tới mạng thông qua cổng đích được tìm thấy trong bảng địa chỉ.

Độ trễ truyền khung được đo bằng thời gian trôi qua kể từ thời điểm byte đầu tiên của khung đến cổng đầu vào của bộ chuyển mạch cho đến thời điểm byte này xuất hiện ở cổng đầu ra của nó. Độ trễ là tổng thời gian dành cho việc đệm các byte của khung và thời gian xử lý khung bằng bộ chuyển mạch - xem qua bảng địa chỉ, đưa ra quyết định lọc hoặc chuyển tiếp, giành quyền truy cập vào môi trường cổng đầu ra. Lượng độ trễ do công tắc tạo ra phụ thuộc vào chế độ hoạt động của nó. Nếu quá trình chuyển đổi được thực hiện “nhanh chóng”, thì độ trễ thường nhỏ và nằm trong khoảng từ 5 đến 40 μs và với bộ đệm toàn khung hình - từ 50 đến 200 μs đối với các khung có độ dài tối thiểu khi truyền ở tốc độ 10 Mbit/ S. Các bộ chuyển mạch hỗ trợ các phiên bản Ethernet nhanh hơn sẽ tạo ra độ trễ ít hơn trong quá trình chuyển tiếp khung.

Hiệu suất của bộ chuyển mạch được xác định bởi lượng dữ liệu người dùng được truyền trên một đơn vị thời gian qua các cổng của nó và được đo bằng megabit trên giây (Mbps). Vì bộ chuyển mạch hoạt động ở lớp liên kết dữ liệu nên dữ liệu người dùng của nó là dữ liệu được mang trong trường dữ liệu của khung Ethernet.

Giá trị tối đa của hiệu suất chuyển mạch luôn đạt được trên các khung có độ dài tối đa, vì trong trường hợp này, phần chi phí chung cho khung có độ dài tối thiểu. Switch là một thiết bị đa cổng, do đó, thông thường người ta mô tả nó là có hiệu suất tổng thể tối đa trong khi truyền đồng thời lưu lượng trên tất cả các cổng của nó.

Để thực hiện các hoạt động của mỗi cổng, các bộ chuyển mạch thường sử dụng bộ xử lý chuyên dụng có bộ nhớ riêng để lưu trữ bản sao bảng địa chỉ của chính nó. Mỗi cổng chỉ lưu trữ những bộ địa chỉ mà nó đã làm việc gần đây, do đó, theo quy luật, các bản sao của bảng địa chỉ của các mô-đun bộ xử lý khác nhau không khớp với nhau.

Số lượng địa chỉ MAC tối đa mà bộ xử lý cổng có thể nhớ tùy thuộc vào ứng dụng của switch. Các bộ chuyển mạch nhóm làm việc thường chỉ hỗ trợ một vài địa chỉ trên mỗi cổng vì chúng được thiết kế để tạo thành các phân đoạn vi mô. Bộ chuyển mạch bộ phận phải hỗ trợ vài trăm địa chỉ và bộ chuyển mạch đường trục mạng phải hỗ trợ lên tới vài nghìn (thường là 4000-8000 địa chỉ).

Dung lượng bảng địa chỉ không đủ có thể khiến bộ chuyển mạch bị chậm lại và mạng bị tắc nghẽn do lưu lượng truy cập quá mức. Nếu bảng địa chỉ của bộ xử lý cổng đã đầy và nó gặp một địa chỉ nguồn mới trong khung gửi đến, bộ xử lý phải xóa mọi địa chỉ cũ khỏi bảng và đặt một địa chỉ mới vào vị trí của nó. Bản thân hoạt động này chiếm một phần thời gian của bộ xử lý, nhưng sự giảm hiệu suất chính được quan sát thấy khi một khung đến có địa chỉ đích phải bị xóa khỏi bảng địa chỉ. Vì địa chỉ đích của khung không xác định nên switch phải chuyển tiếp khung tới tất cả các cổng khác. Một số nhà sản xuất bộ chuyển mạch giải quyết vấn đề này bằng cách thay đổi thuật toán xử lý các khung có địa chỉ đích không xác định. Một trong các cổng switch được cấu hình là cổng trung kế, theo mặc định tất cả các khung có địa chỉ không xác định sẽ được gửi đến. Một khung được truyền đến một cổng trung kế với giả định rằng cổng này được kết nối với một bộ chuyển mạch cấp cao hơn (trong kết nối phân cấp của các bộ chuyển mạch trong một mạng lớn), có đủ dung lượng bảng địa chỉ và “biết” nơi có thể có bất kỳ khung nào. đã gửi.

Mặc dù tất cả các công tắc đều có nhiều điểm chung nhưng nên chia chúng thành hai loại được thiết kế để giải quyết các vấn đề khác nhau.

Chuyển đổi nhóm làm việc

Bộ chuyển mạch nhóm làm việc cung cấp băng thông dành riêng giữa bất kỳ cặp nút nào được kết nối với cổng chuyển mạch. Nếu các cổng có cùng tốc độ thì người nhận gói tin phải rảnh để không xảy ra hiện tượng chặn.

Bằng cách hỗ trợ mỗi cổng với ít nhất số lượng địa chỉ có thể có trong phân đoạn, bộ chuyển mạch cung cấp băng thông 10 Mbps dành riêng cho mỗi cổng. Mỗi cổng chuyển mạch được liên kết với một địa chỉ duy nhất cho thiết bị Ethernet được kết nối với cổng đó.

Kết nối điểm-điểm vật lý giữa các bộ chuyển mạch nhóm làm việc và các nút 10Base-T thường được thực hiện bằng cáp xoắn đôi không được che chắn và các nút mạng được trang bị thiết bị tương thích 10Base-T.

Bộ chuyển mạch nhóm làm việc có thể hoạt động ở tốc độ 10 hoặc 100 Mbps cho nhiều cổng khác nhau. Tính năng này làm giảm mức độ chặn khi cố gắng tổ chức nhiều kết nối từ máy khách 10 Mbps đến một cổng tốc độ cao. Trong các nhóm làm việc có kiến trúc máy khách-máy chủ, nhiều máy khách 10 Mbps có thể truy cập vào máy chủ được kết nối với cổng 100 Mbps. Trong ví dụ ở Hình 8, ba nút 10 Mbps truy cập đồng thời vào máy chủ trên cổng 100 Mbps. Trong số băng thông 100 Mbps có sẵn để truy cập vào máy chủ, 30 Mbps được sử dụng và 70 Mbps có sẵn để kết nối đồng thời thêm bảy thiết bị 10 Mbps đến máy chủ thông qua các kênh ảo.

Hỗ trợ đa tốc độ cũng hữu ích khi kết nối các bộ chuyển mạch Ethernet đa hướng bằng cách sử dụng các hub Fast Ethernet (100Base-T) 100 Mbps làm đường trục cục bộ. Trong cấu hình hiển thị trong Hình 9, các thiết bị chuyển mạch hỗ trợ tốc độ 10 Mbps và 100 Mbps được kết nối với một hub 100 Mbps. Lưu lượng truy cập cục bộ vẫn nằm trong nhóm làm việc và phần còn lại của lưu lượng truy cập được chuyển đến mạng thông qua trung tâm Ethernet 100 Mbps.

Để kết nối với bộ lặp 10 hoặc 100 Mbps, bộ chuyển mạch phải có cổng có khả năng xử lý một số lượng lớn địa chỉ Ethernet.

Ưu điểm chính của thiết bị chuyển mạch dành cho nhóm làm việc là hiệu suất mạng cao ở cấp độ nhóm làm việc bằng cách cung cấp cho mỗi người dùng băng thông kênh chuyên dụng (10 Mbps). Ngoài ra, các bộ chuyển mạch còn giảm (tới mức 0) số lượng xung đột - không giống như các bộ chuyển mạch đường trục được mô tả bên dưới, các bộ chuyển mạch nhóm làm việc sẽ không truyền các đoạn xung đột đến người nhận. Bộ chuyển mạch dành cho nhóm làm việc cho phép bạn bảo toàn hoàn toàn cơ sở hạ tầng mạng ở phía máy khách, bao gồm các chương trình, bộ điều hợp mạng và cáp. Chi phí trên mỗi cổng của các bộ chuyển mạch nhóm làm việc ngày nay tương đương với chi phí của các cổng trung tâm được quản lý.

Công tắc đường trục

Bộ chuyển mạch đường trục cung cấp kết nối tốc độ dây giữa một cặp phân đoạn Ethernet nhàn rỗi. Nếu tốc độ cổng của người gửi và người nhận là như nhau thì phân đoạn người nhận phải trống để tránh bị chặn.

Ở cấp độ nhóm làm việc, mỗi nút chia sẻ băng thông 10 Mbps với các nút khác trên cùng phân khúc. Một gói có địa chỉ bên ngoài nhóm này sẽ được truyền bởi bộ chuyển mạch đường trục như trong Hình 10. Bộ chuyển mạch đường trục cung cấp khả năng truyền tải đồng thời các gói ở tốc độ trung bình giữa bất kỳ cặp cổng nào của nó. Giống như các switch nhóm làm việc, các switch lõi có thể hỗ trợ các tốc độ khác nhau cho các cổng của chúng. Bộ chuyển mạch đường trục có thể xử lý các đoạn 10Base-T và các đoạn cáp đồng trục. Trong hầu hết các trường hợp, việc sử dụng bộ chuyển mạch đường trục cung cấp một cách đơn giản và hiệu quả hơn để cải thiện hiệu suất mạng so với bộ định tuyến và cầu nối.

Nhược điểm chính khi làm việc với các bộ chuyển mạch lõi là ở cấp độ nhóm làm việc, người dùng sẽ trải nghiệm môi trường dùng chung nếu họ được kết nối với các phân đoạn được tổ chức bằng bộ lặp hoặc cáp đồng trục. Hơn nữa, thời gian phản hồi ở cấp độ nhóm làm việc có thể khá dài. Không giống như các nút được kết nối với các cổng chuyển mạch, các nút trên phân đoạn 10Base-T hoặc cáp đồng trục không được đảm bảo băng thông 10 Mbps và thường bị buộc phải đợi cho đến khi các nút khác truyền xong gói của chúng. Ở cấp độ nhóm làm việc, xung đột vẫn sẽ tiếp tục tồn tại và các mảnh gói có lỗi sẽ được chuyển tiếp đến tất cả các mạng được kết nối với đường trục. Có thể tránh được những nhược điểm được liệt kê nếu sử dụng bộ chuyển mạch ở cấp nhóm làm việc thay vì trung tâm 10Base-T. Trong hầu hết các ứng dụng sử dụng nhiều tài nguyên, bộ chuyển mạch 100 Mbps có thể hoạt động như một đường trục tốc độ cao cho các bộ chuyển mạch nhóm làm việc với cổng 10 và 100 Mbps, hub 100 Mbps và máy chủ có cài đặt bộ điều hợp Ethernet 100 Mbps.

So sánh các tính năng

Các thuộc tính chính của bộ chuyển mạch Ethernet được hiển thị trong bảng:

Lợi ích của chuyển mạch Ethernet

Sau đây là những lợi ích chính của việc sử dụng bộ chuyển mạch Ethernet:
Tăng năng suất thông qua kết nối tốc độ cao giữa các phân đoạn Ethernet (bộ chuyển mạch đường trục) hoặc các nút mạng (bộ chuyển mạch nhóm làm việc). Không giống như môi trường Ethernet dùng chung, bộ chuyển mạch cho phép tăng hiệu suất tổng thể khi người dùng hoặc phân đoạn được thêm vào mạng.
Giảm số lượng xung đột, đặc biệt trong trường hợp mỗi người dùng được kết nối với một cổng chuyển mạch riêng.
Chi phí thấp khi chuyển từ môi trường dùng chung sang môi trường chuyển mạch bằng cách duy trì cơ sở hạ tầng Ethernet 10 Mbps hiện có (cáp, bộ điều hợp, chương trình).
Tăng cường bảo mật bằng cách chỉ truyền các gói đến cổng mà đích được kết nối.
Độ trễ thấp và có thể dự đoán được do băng tần được chia sẻ bởi một số ít người dùng (lý tưởng nhất là một).

So sánh các thiết bị mạng

Bộ lặp

Bộ lặp Ethernet, thường được gọi là hub hoặc hub trong bối cảnh mạng 10Base-T, hoạt động theo tiêu chuẩn IEEE 802.3. Bộ lặp chỉ cần chuyển tiếp các gói đã nhận tới tất cả các cổng của nó, bất kể đích đến.

Mặc dù tất cả các thiết bị được kết nối với bộ lặp Ethernet (bao gồm cả các bộ lặp khác) đều “nhìn thấy” tất cả lưu lượng truy cập mạng, nhưng chỉ nút được đánh địa chỉ mới nhận được gói. Tất cả các nút khác nên bỏ qua gói này. Một số thiết bị mạng (ví dụ: máy phân tích giao thức) hoạt động trên cơ sở phương tiện mạng (chẳng hạn như Ethernet) là công khai và phân tích tất cả lưu lượng truy cập mạng. Tuy nhiên, đối với một số môi trường, khả năng mỗi nút xem tất cả các gói không được chấp nhận vì lý do bảo mật.

Từ quan điểm hiệu suất, các bộ lặp chỉ cần truyền các gói bằng toàn bộ băng thông kênh. Độ trễ do bộ lặp tạo ra là rất nhỏ (theo IEEE 802.3 - dưới 3 micro giây). Mạng chứa các bộ lặp có băng thông 10 Mbps tương tự như phân đoạn cáp đồng trục và trong suốt đối với hầu hết các giao thức mạng như TCP/IP và IPX.

Cầu

Các cây cầu hoạt động theo tiêu chuẩn IEEE 802.1d. Giống như bộ chuyển mạch Ethernet, cầu nối là giao thức độc lập và chuyển tiếp các gói đến cổng mà đích được kết nối. Tuy nhiên, không giống như hầu hết các bộ chuyển mạch Ethernet, bridge không truyền các đoạn gói khi xảy ra xung đột hoặc các gói bị lỗi vì tất cả các gói đều được lưu vào bộ đệm trước khi được chuyển tiếp đến cổng đích. Bộ đệm gói (lưu trữ và chuyển tiếp) gây ra độ trễ so với chuyển mạch nhanh chóng. Các cầu nối có thể cung cấp hiệu suất tương đương với thông lượng của phương tiện truyền thông, nhưng việc chặn nội bộ sẽ làm giảm phần nào hiệu suất của chúng.

Bộ định tuyến

Hoạt động của bộ định tuyến phụ thuộc vào các giao thức mạng và được xác định bởi thông tin liên quan đến giao thức mang trong gói. Giống như cầu nối, bộ định tuyến không chuyển tiếp các mảnh gói đến đích khi xảy ra xung đột. Bộ định tuyến lưu trữ toàn bộ gói trong bộ nhớ của chúng trước khi truyền nó đến đích, do đó, khi sử dụng bộ định tuyến, các gói được truyền có độ trễ. Bộ định tuyến có thể cung cấp băng thông bằng dung lượng kênh nhưng chúng có đặc điểm là chặn nội bộ. Không giống như các bộ lặp, cầu nối và bộ chuyển mạch, bộ định tuyến sửa đổi tất cả các gói được truyền đi.

Bản tóm tắt

Sự khác biệt chính giữa các thiết bị mạng được thể hiện trong Bảng 2.