производителност, са:

• скорост на филтриране на рамката;
• скоростта на популяризиране на рамки;
• пропускателна способност;
• забавяне на предаванетокадър.

Освен това има няколко характеристики на превключвателя, които имат най-голямо влияние върху тези характеристики на производителност. Те включват:

• тип превключване;
• размера на буфера(ите) на кадрите;
• производителност на превключващата матрица;
• производителността на процесора или процесорите;
• размер превключващи маси.

Скорост на филтриране и скорост на кадрите напред

Скоростта на филтриране и напредването на рамката са двете основни характеристики на производителността на превключвателя. Тези характеристики са интегрални показатели и не зависят от това как е технически изпълнен превключвателят.

Скорост на филтриране

• получаване на рамка в своя буфер;
• изхвърляне на рамка, ако в нея се открие грешка (контролната сума не съвпада или рамката е по-малка от 64 байта или повече от 1518 байта);
• изпускане на рамка за избягване на цикли в мрежата;
• изпускане на рамка в съответствие с филтрите, конфигурирани на порта;
• изглед превключващи масиза да потърсите порта на дестинацията въз основа на MAC адреса на дестинацията на рамката и да отхвърлите рамката, ако източникът и дестинацията на рамката са свързани към един и същ порт.

Скоростта на филтриране на почти всички превключватели е неблокираща - превключвателят успява да изпусне кадрите със скоростта на пристигането им.

Скорост на препращанеопределя скоростта, с която комутаторът изпълнява следните стъпки за обработка на кадри:

• получаване на рамка в своя буфер;
• изглед превключващи масиза да намерите целевия порт въз основа на MAC адреса на получателя на рамката;
• предаване на кадри към мрежата чрез намерения софтуер превключваща масапристанище на местоназначение.

Както скоростта на филтриране, така и скоростта на напредване обикновено се измерват в кадри в секунда. Ако в характеристиките на комутатора не е посочено за кой протокол и за кой размер на рамката са дадени стойностите на скоростите на филтриране и пренасочване, тогава по подразбиране се счита, че тези индикатори са дадени за Ethernet протокола и кадрите на минимален размер, т.е. кадри с дължина 64 байта (без преамбюла) с поле за данни от 46 байта. Използването на рамки с минимална дължина като основен индикатор за скоростта на обработка на превключвателя се обяснява с факта, че такива кадри винаги създават най-трудния режим на работа на превключвателя в сравнение с кадри от друг формат с еднаква пропускателна способност на предаваните потребителски данни. Ето защо, когато се тества превключвател, режимът на минимална дължина на рамката се използва като най-труден тест, който трябва да провери способността на превключвателя да работи с най-лошата комбинация от параметри на трафика.

Превключване на честотната лента (пропускателна способност)се измерва с количеството потребителски данни (в мегабита или гигабита в секунда), предадени за единица време през неговите портове. Тъй като комутаторът работи на ниво връзка, за него потребителските данни са данните, които се пренасят в полето за данни на кадрите на протоколите на слоя връзка - Ethernet, Fast Ethernet и т.н. Винаги се достига максималната стойност на пропускателната способност на комутатора на кадри с максимална дължина, тъй като когато В този случай делът на режийните разходи за режийни рамки е много по-нисък, отколкото за кадри с минимална дължина, а времето за превключвател за извършване на операции за обработка на кадри за един байт потребителска информация е значително по-малко. Следователно превключвател може да блокира за минималната дължина на рамката, но все пак да има много добра пропускателна способност.

Забавяне на предаване на рамка (забавяне напред)се измерва като времето, изминало от момента, в който първият байт от рамката пристигне на входния порт на комутатора до момента, в който този байт се появи на неговия изходен порт. Закъснението е сумата от времето, прекарано в буфериране на байтовете на рамката, както и времето, прекарано в обработка на рамката от превключвателя, а именно, гледане превключващи маси, вземане на решение за препращане и получаване на достъп до средата на изходния порт.

Количеството забавяне, въведено от превключвателя, зависи от използвания в него метод на превключване. Ако превключването се извършва без буфериране, тогава закъсненията обикновено са малки и варират от 5 до 40 µs, а при буфериране на пълен кадър - от 50 до 200 µs (за кадри с минимална дължина).

Размер на превключващата маса

Максимален капацитет превключващи масиопределя максималния брой MAC адреси, с които комутаторът може да работи едновременно. IN превключваща масаза всеки порт могат да се съхраняват както динамично научени MAC адреси, така и статични MAC адреси, създадени от мрежовия администратор.

Стойността на максималния брой MAC адреси, които могат да бъдат съхранени превключваща маса, зависи от приложението на превключвателя. Суичовете на D-Link за работни групи и малки офиси обикновено поддържат таблица с MAC адреси от 1K до 8K. Големите превключватели за работни групи поддържат 8K до 16K MAC адресни таблици, докато мрежовите опорни превключватели обикновено поддържат 16K до 64K адреси или повече.

Недостатъчен капацитет превключващи масиможе да доведе до забавяне на превключвателя и задръстване на мрежата с излишен трафик. Ако таблицата за превключване е пълна и портът срещне нов MAC адрес на източника във входящ кадър, комутаторът няма да може да го таблицира. В този случай рамката за отговор към този MAC адрес ще бъде изпратена през всички портове (с изключение на порта източник), т.е. ще предизвика наводнение.

Размер на буфера на рамката

За осигуряване на временно съхранение на рамки в случаите, когато те не могат да бъдат незабавно прехвърлени към изходния порт, комутаторите, в зависимост от реализираната архитектура, са оборудвани с буфери на входа, изхода на портовете или общ буфер за всички портове. Размерът на буфера влияе както на забавянето на рамката, така и на скоростта на загуба на пакети. Следователно, колкото по-голям е обемът на буферната памет, толкова по-малка е вероятността да загуби кадри.

Обикновено комутаторите, проектирани да работят в критични части на мрежата, имат буферна памет от няколко десетки или стотици килобайта на порт. Буферът, общ за всички портове, обикновено е с размер няколко мегабайта.

Темата за гигабитовия достъп става все по-актуална, особено сега, когато конкуренцията расте, ARPU пада и тарифите дори от 100 Mbps вече не са изненадващи. Отдавна обмисляме въпроса за преминаване към гигабитов достъп. Отблъснат от цената на оборудването и търговската осъществимост. Но конкурентите не спят и когато дори Ростелеком започна да предоставя тарифи над 100 Mbps, разбрахме, че не можем да чакаме повече. В допълнение, цената за гигабитов порт значително намаля и стана просто нерентабилно да се инсталира FastEthernet комутатор, който след няколко години все пак ще трябва да бъде променен на гигабитов. Затова те започнаха да избират гигабитов комутатор за използване на ниво достъп.

Разгледахме различни модели гигабитови комутатори и се спряхме на два, които са най-подходящи по отношение на параметрите и в същото време отговарят на нашите бюджетни очаквания. Това са Dlink DGS-1210-28ME и .

Кадър

Корпусът на SNR е изработен от дебел, издръжлив метал, което го прави по-тежък от "конкурента". D-link е направен от тънка стомана, което му осигурява спестяване на тегло. Това обаче го прави по-податлив на външни влияния поради по-ниската му здравина.

D-link е по-компактен: дълбочината му е 14 см, докато тази на SNR е 23 см. Конекторът за захранване на SNR е разположен отпред, което несъмнено улеснява монтажа.

Захранващи устройства

D-link захранване

SNR захранване

Въпреки факта, че захранванията са много сходни, все пак открихме разлики. Захранването на D-link е направено икономично, може би дори прекалено - няма лаково покритие на платката, защитата от смущения на входа и изхода е минимална. В резултат на това, според Dlink, има опасения, че тези нюанси ще повлияят на чувствителността на превключвателя към пренапрежения на захранването и работата при променлива влажност и в прашни условия.

Разпределително табло

И двете платки са направени спретнато, няма оплаквания относно инсталацията, но SNR има по-добър текстолит, а платката е направена с помощта на безоловна технология за запояване. Това, разбира се, не е за факта, че SNR съдържа по-малко олово (отколкото не можете да изплашите никого в Русия), а че тези ключове се произвеждат на по-модерна линия.

Освен това, отново, както в случая на захранвания, D-link спести на лак. SNR има лаково покритие на платката.

Очевидно се подразбира, че условията на работа на превключвателите за достъп на D-link трябва да бъдат априори отлични - чисти, сухи, хладни .. добре, като всички останали. ;)

Охлаждане

И двата ключа имат пасивна система за охлаждане. D-link има по-големи радиатори и това определено е плюс. SNR обаче има свободно пространство между дъската и задната стена, което има положителен ефект върху разсейването на топлината. Допълнителен нюанс е наличието на топлоотвеждащи плочи, разположени под чипа, които отвеждат топлината към корпуса на превключвателя.

Проведохме малък тест - измерихме температурата на радиатора на чипа при нормални условия:

• Превключвателят се поставя на маса при стайна температура 22C,
• 2 инсталирани SFP модула,
• Чакаме 8-10 минути.

Резултатите от теста бяха изненадващи - D-link нагря до 72C, докато SNR достигна само 63C. Какво ще се случи с D-link в плътно опакована кутия в летните жеги, по-добре да не мислите.

Температура на D-link 72 градуса

При SNR 61 C полетът е нормален

мълниезащита

Ключовете са оборудвани с различни мълниезащитни системи. D-link използва газови ограничители. SNR има варистори. Всеки от тях има своите плюсове и минуси. Времето за реакция на варисторите обаче е по-добро и това осигурява по-добра защита на самия комутатор и свързаните към него абонатни устройства.

Резюме

От D-link има усещане за икономия на всички компоненти - на захранване, платка, корпус. Следователно в случая създава впечатление за по-предпочитан за нас продукт.

Всякакви Системен администраторрано или късно се изправя пред задачата за изграждане или надграждане на локалната мрежа на предприятието. Към този въпрос трябва да се подходи много сериозно и задълбочено, т.к. от това зависи по-нататъшната безгрижна работа.

Как да изберем превключвателза техните задачи, за да не си купите нов?

Превключванеили общо превключвателе мрежово устройство, което свързва няколко компютъра в една единствена локална мрежа. Съвременните ключове имат много голям брой функции, които могат значително да улеснят по-нататъшна работаадминистратор От правилния избор на комутатори зависи функционирането на цялата локална мрежа и работата на предприятието като цяло.

При избора мрежово оборудваненачинаещият системен администратор се сблъсква с голям брой неясни обозначения и поддържани протоколи. Това ръководство е написано, за да запълни тази празнина в знанията за начинаещи.

Въвеждаща информация

Мнозина все още не виждат разликата между суич и хъб. Осъзнавайки, че темата вече е обсъждана многократно, все пак исках да започна с нея.

За превключвателите това правило вече не е актуално, т.к. модерни суичове дори начално нивов хода на работа се формира таблица за превключване чрез въвеждане на списък с MAC адреси и според нея се прехвърлят данни. Всеки комутатор след кратко време на работа "знае" на кой порт се намира всеки компютър в мрежата.

При първото включване таблицата за превключване е празна и превключвателят започва да работи в режим на обучение. В режим на обучение работата на комутатора е идентична с работата на хъба: комутаторът, получавайки данни, постъпващи на един порт, ги препраща към всички останали портове. По това време превключвателят анализира всички преминаващи портове и в резултат на това съставя таблица за превключване.

Характеристики, които трябва да имате предвид при избора на комутатор

За да направите правилния избор при закупуване на превключвател, трябва да разберете всички обозначения, посочени от производителя. Купувайки дори най-евтиното устройство, можете да забележите голям списък от поддържани стандарти и функции. Всеки производител на мрежово оборудване се опитва да посочи в характеристиките, колкото е възможно повече функциипо този начин да разграничите вашия продукт от конкурентите и да увеличите крайната цена.

Общи характеристики на превключвателите:

• Брой портове. Общият брой портове, към които могат да бъдат свързани различни мрежови устройства.

  Броят на портовете варира от 5 до 48.

• Основна скорост на предаване. Това е скоростта, с която работи всеки порт на комутатора. Обикновено се посочват няколко скорости, напр. 10/100/1000 Mbps. Това показва, че портът може да работи при всички определени скорости. В повечето случаи комутаторът поддържа IEEE 802.3 Nway скорост на порт с автоматично отчитане.

  Когато избирате превключвател, вземете предвид естеството на потребителите, свързани към него.

• Вътрешна честотна лента. Този параметър сам по себе си не играе голяма роля. За да изберете правилния комутатор, трябва да му обърнете внимание само в двойка с общата максимална скорост на всички портове на комутатора (тази стойност може да се изчисли независимо чрез умножаване на броя на портовете по базовата скорост на порта). Чрез сравняване на тези две стойности можете да оцените производителността на комутатора в моменти на пиково натоварване, когато всички свързани потребители максимизират мрежовата свързаност.

  Например, вие използвате 16-портов комутатор при 100 Mb/s с пропускателна способност 1 Gb/s. В пиковите моменти 16 порта ще могат да предават количество информация, равно на:

  16x100=1b00(Mb/s)=1.6(Gb/s)

  Получената стойност е по-малка от честотната лента на самия комутатор. Такъв превключвател е подходящ в повечето случаи на малка организация, където на практика горната ситуация може да се срещне изключително рядко, но няма да е подходящ за организация, където се предават големи количества информация.

  За да изберете правилния превключвател, имайте предвид, че в действителност вътрешната пропускателна способност не винаги съответства на декларираната от производителя стойност.

• Автоматично договаряне между режими Full-duplex или Half-duplex. В режим Full-duplex данните се предават в две посоки едновременно. В полудуплексен режим данните могат да се предават само в една посока в даден момент. Функцията за автоматично договаряне между режимите избягва проблеми с използването на различни режими на различни устройства.
• Автоматично откриване на типа кабел MDI/MDI-X. Тази функция автоматично ще определи към кой стандарт е бил "кримпован" кабелът с усукана двойка, позволявайки на тези 2 стандарта да работят в една и съща LAN.

Стандартен MDI:


Стандартен MDI-X:


• Наличен порт за връзка нагоре. Uplink портът е предназначен за каскадни комутатори, т.е. свързване на два превключвателя заедно. За свързването им е използван кръстосан кабел. Сега такива портове могат да бъдат намерени само на по-стари комутатори или на специфично оборудване. Грубо казано, в съвременните комутатори всички портове работят като Uplink.
• Подреждане. Подреждането на превключватели се отнася до комбинацията от множество превключватели в едно логическо устройство. Подреждането е препоръчително, когато получите комутатор с голям брой портове (повече от 48 порта). Различните производители на комутатори използват свои собствени технологии за стекиране, например Cisco използва технология за стекиране StackWise (32 Gbps шина между комутатори) и StackWise Plus (64 Gbps шина между комутатори).

  Когато избирате превключвател, трябва да дадете предпочитание на устройства, които поддържат подреждане, защото. тази функция може да бъде полезна в бъдеще.

• Може да се монтира в багажник. Това означава, че превключвателят може да се монтира в стелаж или в килер. Най-разпространени са 19-инчовите шкафове и стелажи, превърнали се в неписан стандарт за съвременното мрежово оборудване.

  Мнозинство модерни устройстваима такава поддръжка, така че когато избирате превключвател, не трябва да се фокусирате върху това много внимание.

• Брой слотове за разширение. Някои превключватели имат множество разширителни слота за разполагане на допълнителни интерфейси. Като допълнителни интерфейси действат гигабитови модули, използващи усукана двойка и оптични интерфейси, способни да предават данни по оптичен кабел.
• Размер на таблицата с MAC адреси. Това е размерът на таблицата за превключване, която картографира откритите MAC адреси към конкретен порт за превключване. Ако няма достатъчно място в таблицата за превключване, MAC адресите, които не са били използвани дълго време, се презаписват. Ако броят на компютрите в мрежата е много по-голям от размера на таблицата, тогава има забележим спад в производителността на комутатора, т.к. с всеки нов MAC адрес се търси компютър и се въвежда знак в таблицата.

  Когато избирате превключвател, вземете предвид приблизителния брой компютри и размера на таблицата с MAC адреси на превключвателя.

• контрол на потока(Контрол на потока). IEEE 802.3x контрол на потока осигурява защита срещу загуба на пакети, докато пътуват по мрежата. Например, превключвател по време на пикови натоварвания, неспособен да се справи с потока от данни, изпраща сигнал за препълване на буфера към изпращащото устройство и спира получаването на данни. Изпращащото устройство, получаващо такъв сигнал, спира предаването на данни, докато не последва положителен отговор от комутатора за възобновяване на процеса. Така двете устройства като че ли се "договарят" помежду си кога да прехвърлят данни и кога не.

  Тъй като тази функция присъства в почти всички съвременни суичове, не трябва да се набляга на нея при избора на суич.

• джъмбо рамка. Наличието на тази функция позволява на комутатора да работи с по-голям размер на пакета от посочения в Ethernet стандарта.

  След получаване на всеки пакет се отделя известно време за обработката му. Когато използвате увеличен размер на пакета с помощта на технологията Jumbo Frame, можете значително да спестите време за обработка на пакети в мрежи, където се използват скорости на трансфер на данни от 1 Gb / s и по-високи. При по-ниска скорост не трябва да очаквате голяма печалба.

  Технологията Jumbo Frame работи само между две устройства, които я поддържат.

  Когато избирате превключвател, не трябва да се фокусирате върху тази функция, защото. присъства в почти всички устройства.

• Захранване през Ethernet (PoE). Тази технология предава електрически ток за захранване на превключвателя върху неизползвани проводници с усукана двойка. Стандарт IEEE 802.af.
• Вградена мълниезащита. Някои производители вграждат технология за мълниезащита в своите превключватели. Такъв ключ трябва да бъде заземен, в противен случай смисълът на тази допълнителна функция изчезва.

Прочетете за нов хардуер, новини от компютърни компании и бъдете в крак с най-новите постижения.

Какви превключватели има?

В допълнение към факта, че всички съществуващи комутатори се различават по броя на портовете (5, 8, 16, 24 и 48 порта и т.н.) и скоростта на трансфер на данни (100Mb/s, 1Gb/s и 10Gb/s и т.н.) , Превключвателите също могат да бъдат разделени на:

1. Неуправляеми превключвателиса прости самостоятелни устройства, които сами управляват трансфера на данни и нямат инструменти за ръчно управление. Някои модели неуправляеми комутатори имат вградени инструменти за наблюдение (например някои Compex комутатори).

   Такива комутатори са най-широко използвани в "домашни" LAN и малки предприятия, чието основно предимство може да се нарече ниска цена и офлайн работабез човешка намеса.

   Недостатъците на неуправляваните комутатори са липсата на инструменти за управление и ниската вътрешна производителност. Следователно не е разумно да се използват неуправляеми комутатори в големи корпоративни мрежи, тъй като администрирането на такава мрежа изисква огромни човешки усилия и налага редица значителни ограничения.

2. Управлявани превключватели- това са по-модерни устройства, които също работят в автоматичен режим, но освен това имат ръчно управление. Ръчното управление ви позволява много гъвкаво да конфигурирате работата на превключвателя и да улесните живота на системния администратор.

   Основният недостатък на управляваните суичове е цената, която зависи от възможностите на самия суич и неговата производителност.

Абсолютно всички превключватели могат да бъдат разделени на нива. Колкото по-високо е нивото, толкова по-сложно е устройството и следователно по-скъпо. Нивото на превключвателя се определя от слоя, на който работи. мрежов модел OSI.

За да изберете правилния превключвател, ще трябва да решите на какво мрежово ниво трябва да администрирате LAN.

Разделяне на превключвателите по нива:

1. Превключвател на слой 1 (Layer 1).Това включва всички устройства, които работят на ниво 1 на OSI мрежовия модел - физическо ниво. Такива устройства включват повторители, хъбове и други устройства, които изобщо не работят с данни, но работят със сигнали. Тези устройства предават информация, сякаш наливат вода. Ако има вода, тогава я изливат допълнително, ако няма вода, тогава чакат. Такива устройства не се произвеждат отдавна и е доста трудно да се намерят.
2. Превключвател на слой 2 (Layer 2).Това включва всички устройства, които работят на ниво 2 на OSI мрежовия модел - свързващ слой. Тези устройства включват всички неуправляеми комутатори и част от управляваните.

   Превключвателите на слой 2 работят с данни не като непрекъснат поток от информация (превключватели на слой 1), а като с отделни части от информация - рамки ( кадърили жарг. рамки). Те са в състояние да анализират получените рамки и да работят с MAC адресите на устройствата на подателите и получателите на рамката. Такива комутатори "не разбират" IP адресите на компютрите, за тях всички устройства са именувани под формата на MAC адреси.

   Комутаторите от слой 2 съставят таблици за превключване, които картографират MAC адресите на мрежовите устройства, които срещат, към конкретни портове на комутатора.

   Превключвателите на ниво 2 поддържат протоколи:

   
   
3. Превключвател на слой 3 (Layer 3).Това включва всички устройства, които работят на ниво 3 на мрежовия модел OSI - мрежов слой. Тези устройства включват всички рутери, част от управлявани суичове, както и всички устройства, които могат да работят с различни мрежови протоколи: IPv4, IPv6, IPX, IPsec и др. По-целесъобразно е превключвателите на слой 3 да се приписват не на категорията на комутаторите, а на категорията на рутерите, тъй като тези устройства вече могат напълно да маршрутизират преминаващия трафик между различни мрежи. Превключвателите от ниво 3 поддържат напълно всички функции и стандарти на превключвателите от ниво 2. Те могат да работят с мрежови устройства чрез IP адреси. Превключвателят на слой 3 поддържа различни връзки: pptp, pppoe, vpn и др.
4. Превключвател на слой 4 (Layer 4).Това включва всички устройства, които работят на ниво 4 на OSI мрежовия модел - транспортен слой. Тези устройства включват по-усъвършенствани рутери, които вече могат да работят с приложения. Превключвателите на слой 4 използват информация, която се съдържа в заглавките на пакетите и се отнася до слоеве 3 и 4 на стека на протокола, като например IP адреси на източник и местоназначение, SYN/FIN битове, които маркират началото и края на сесиите на приложението, и TCP/UDP порт номера за идентификация на трафик, принадлежащ на различни приложения. Въз основа на тази информация комутаторите на ниво 4 могат да вземат интелигентни решения за това кой сесиен трафик да препращат.

За да изберете правилния комутатор, трябва да си представите цялата топология на бъдещата мрежа, да изчислите приблизителния брой потребители, да изберете скоростта на трансфер на данни за всеки участък от мрежата и да започнете да избирате оборудване за конкретна задача.

Управление на превключватели

Интелигентните превключватели могат да се управляват по различни начини:

• през SSH достъп. Връзката към управлявания комутатор се осъществява чрез защитен SSH протокол с помощта на различни клиенти (putty, gSTP и др.). Конфигурирането се извършва чрез командния ред на комутатора.
• през Telnet достъпкъм конзолния порт на комутатора. Връзката към управлявания комутатор се осъществява с помощта на протокола Telnet. В резултат на това получаваме достъп до командния ред на превключвателя. Използването на такъв достъп е оправдано само по време на първоначалната настройка, тъй като Telnet е незащитен канал за предаване на данни.
• през Уеб интерфейс. Конфигурацията се извършва през уеб браузър. В повечето случаи конфигурацията чрез уеб интерфейса не ви позволява да използвате всички функции на мрежовото оборудване, които са напълно достъпни само в режим на команден ред.
• чрез протокол SNMP. SNMP е прост протокол за управление на мрежата.

  Мрежовият администратор може да контролира и конфигурира няколко мрежови устройства наведнъж от своя компютър. Благодарение на унификацията и стандартизацията на този протокол става възможно централно да се проверяват и конфигурират всички основни компоненти на мрежата.

За да изберете правилния управляван превключвател, трябва да обърнете внимание на устройства, които имат SSH достъп и SNMP протокол. Несъмнено уеб интерфейсът улеснява първоначалната конфигурация на комутатора, но почти винаги има по-малко функции от командния ред, така че присъствието му е добре дошло, но не е задължително.

Случайни 7 статии.

След като технологията за превключване привлече всеобщото внимание и получи висока оценка от специалисти, много компании започнаха да внедряват тази технология в своите устройства, използвайки различни технически решения за това. Много комутатори от първо поколение бяха подобни на рутери, т.е. бяха базирани на централен процесор с общо предназначение, свързан към интерфейсни портове чрез вътрешна високоскоростна шина. Това обаче бяха по-скоро пробни устройства, предназначени за разработване на собствена комутационна технология на компанията, а не за завладяване на пазара.

Основният недостатък на такива превключватели беше ниската им скорост. Процесор с общо предназначение не може да се справи с голям обем специализирани операции за изпращане на кадри между интерфейсни модули.

За да се ускорят операциите по превключване, бяха необходими специализирани процесори със специализирани комуникационни съоръжения, както в първия комутатор Kalpana, и те скоро се появиха. Превключвателите вече използват специално проектирани LSI, които са оптимизирани за основни операции по превключване. Често в един комутатор се използват няколко специализирани LSI, всеки от които изпълнява функционално завършена част от операциите.

В момента комутаторите използват една от трите схеми за взаимодействие на техните блокове или модули като основа:

♦ превключваща матрица;

♦ споделена мулти-входова памет;

♦ общ автобус.

Често тези три режима на взаимодействие се комбинират в един превключвател.

Switch Fabric Превключватели

Превключващата матрица е основният и най-бързият начин за взаимодействие на портовите процесори, именно тя беше внедрена в първия индустриален комутатор локални мрежи. Въпреки това, изпълнението на матрицата е възможно само за определен брой портове, а сложността на веригата се увеличава пропорционално на квадрата на броя на портовете на комутатора.

Матрицата се състои от три нива на двоични превключватели, които свързват своя вход към един от двата изхода в зависимост от стойността на бита на етикета. Превключвателите на първо ниво се управляват от първия бит на тага, вторият от втория и третият от третия.

Матрицата може да бъде реализирана по друг начин, базиран на комбинационни схеми от различен тип, но нейната характеристика все още е технологията за превключване на физически канали. Добре известен недостатък на тази технология е липсата на буфериране на данни вътре в комутационната матрица - ако не може да се изгради съставен канал поради заетостта на изходния порт или междинния комутационен елемент, тогава данните трябва да се натрупват в техния източник, в в този случай във входния блок на порта, който е получил рамката.

Общи превключватели на шини

Комутаторите със споделена шина използват високоскоростна шина за споделяне на времето за комуникация с процесорите на порта. Тази архитектура на комутатора се основава на универсален процесор, но се различава по това, че тук шината е пасивна и активна роля играят специализираните портови процесори.

За да не бъде шината тясното място на комутатора, нейната производителност трябва да бъде поне N/2 пъти по-висока от скоростта на постъпване на данни във входните блокове на портовите процесори. Освен това рамката трябва да се предава по шината на малки части, по няколко байта всяка, така че предаването на рамки между няколко порта да се извършва в псевдопаралелен режим, без да се въвеждат забавяния в предаването на рамката като цяло. Размерът на такава клетка с данни се определя от производителя на комутатора. Някои доставчици, като LANNET (сега подразделение на Madge Networks), са избрали ATM клетката с нейното 48-байтово поле за данни като част от данните, пренасяни в една операция на шина. Този подход улеснява транслацията на LAN протоколи в ATM протокол, ако комутаторът поддържа тези технологии.

Входният блок на процесора поставя таг в клетка, пренесена по шината, която показва номера на порта на дестинацията. Всеки изходен блок на портов процесор съдържа филтър за етикети, който избира етикетите, предназначени за този порт.

Шината, подобно на превключващата матрица, не може да извършва междинно буфериране, но тъй като данните на рамката са разделени на малки клетки, няма забавяния с първоначалното изчакване за наличност на изходния порт в такава схема.

Превключватели за споделена памет

Третата основна комуникационна архитектура на порта е споделена памет с два входа.

Входните блокове на портовите процесори са свързани към комутирания вход на споделената памет, а изходните блокове на същите процесори са свързани към комутирания изход на тази памет. Превключването на входа и изхода на споделената памет се контролира от мениджъра на опашката на изходния порт. В споделената памет мениджърът организира няколко опашки с данни, по една за всеки изходен порт. Блоковете на входния процесор изпращат заявки до мениджъра на порта за запис на данни в опашката на порта, който съответства на адреса на местоназначение на пакета. Мениджърът от своя страна свързва входа на паметта към един от входните блокове на процесорите и пренаписва част от данните на рамката в опашката на определен изходен порт. Тъй като опашките се запълват, мениджърът също така алтернативно свързва изхода на споделената памет с изходните блокове на портовите процесори и данните от опашката се презаписват в изходния буфер на процесора.

Паметта трябва да е достатъчно бърза, за да поддържа скоростта на преброяване на данни между N портовете на комутатора. Използването на споделена буферна памет, гъвкаво разпределена от мениджъра между отделните портове, намалява изискванията за размера на буферната памет на портовия процесор.

Комбинирани превключватели

Всяка от описаните архитектури има своите предимства и недостатъци, така че тези архитектури често се използват в комбинация една с друга в сложни комутатори.

Суичът се състои от модули с фиксиран брой портове (2-8), изработени на базата на специализирана LSI (ASIC), която реализира архитектурата на комутационната матрица. Ако портовете, между които трябва да се предава кадърът с данни, принадлежат към един и същ модул, тогава кадърът се предава от процесорите на модула въз основа на комутационната матрица, налична в модула. Ако портовете принадлежат към различни модули, тогава процесорите комуникират по обща шина. С тази архитектура вътрешномодулните трансфери на кадри най-често ще бъдат по-бързи от междумодулните трансфери, тъй като комуникационната структура е най-бързият, макар и най-малко мащабируемият начин за комуникация на портовете. Скоростта на вътрешната шина на комутаторите може да достигне няколко Gb / s, а за най-мощните модели - до 10-14 Gb / s.

Възможно е да си представим други начини за комбиниране на архитектури, например използване на споделени модули памет за взаимодействие.

Модулни и стекови комутатори

Структурно превключвателите се разделят на:

♦ автономни комутатори с фиксиран брой портове;

♦ модулни суичове на шаси;

♦ комутатори с фиксиран брой портове, стек.

Първият тип превключватели обикновено са предназначени за организиране на малки работни групи.

Базираните на шаси модулни комутатори най-често са предназначени за мрежови опорни приложения. Следователно те се изпълняват на базата на някаква комбинирана схема, в която взаимодействието на модулите е организирано по високоскоростна шина или на базата на бърза споделена памет с голям размер. Модулите на такъв превключвател са базирани на технологията „гореща смяна“, тоест те могат да бъдат заменени в движение, без да изключвате превключвателя, тъй като централното комуникационно устройство на мрежата не трябва да има прекъсвания в работата. Шасито обикновено е оборудвано с резервни захранвания и резервни вентилатори за същата цел. Като цяло такива комутатори приличат на рутери от висок клас или корпоративни многофункционални хъбове, така че понякога те включват, в допълнение към модулите за превключване, модули за повторител или рутер.

От техническа гледна точка стековите превключватели са от особен интерес. Тези устройства са превключватели, които могат да работят автономно, тъй като са направени в отделен корпус, но имат специални интерфейси, които позволяват да се комбинират в обща системакойто работи като един превключвател. В този случай се казва, че отделните комутатори образуват стек.

Обикновено този специален интерфейс е високоскоростна шина, която позволява отделни шасита да бъдат комбинирани като модули в суич, базиран на шаси. Тъй като разстоянията между корпусите са по-големи, отколкото между модулите на шасито, скоростта на обмен на шини обикновено е по-ниска от тази на модулните комутатори: 200-400 Mb / s. Не много високите скорости на обмен между стековите комутатори се дължат и на факта, че стековите комутатори обикновено заемат междинна позиция между комутатори с фиксиран брой портове и базирани на шаси комутатори. Стековите превключватели се използват за създаване на мрежи от работни групи и отдели, така че те всъщност не се нуждаят от свръхвисокоскоростни обменни шини и не отговарят на техния ценови диапазон.

Cisco предложи различен подход към организацията на стека. Неговият комутатор Catalyst 3000 (по-рано наричан EtherSwitch Pro Stack) също има специален 280 Mb/s високоскоростен интерфейс за стекиране, но той свързва комутаторите не един с друг, а към отделно устройство, съдържащо 8x8 комутационна матрица, която организира по-висока - обмен на производителност между всяка двойка превключватели.

Спецификации на производителността на превключвателя

Основните характеристики на превключвателя, които измерват неговата производителност, са:

♦ скорост на филтриране;

♦ скорост на маршрутизиране (препращане);

♦ пропускателна способност;

♦ забавяне на предаването на рамката.

Освен това има няколко характеристики на превключвателя, които имат най-голямо влияние върху тези характеристики на производителност. Те включват:

♦ размера на буфера(ите) на кадрите;

♦ вътрешна производителност на шина;

♦ производителност на процесора или процесорите;

♦ размера на вътрешната адресна таблица.

Скорост на филтриране и скорост на промоция

Скоростта на филтриране и напредването на рамката са двете основни характеристики на производителността на превключвателя. Тези характеристики са интегрални индикатори, те не зависят от това как е технически изпълнен превключвателят.

Скоростта на филтриране определя скоростта, с която превключвателят изпълнява следните стъпки за обработка на рамката:

♦ получаване на рамка в собствен буфер,

♦ унищожаване на фрейм, тъй като неговият дестинационен порт е същият като неговия източник.

Предната скорост определя скоростта, с която превключвателят изпълнява следните стъпки за обработка на кадри:

♦ получаване на рамка в собствен буфер,

♦ потърсете адресната таблица, за да намерите порта за адреса на дестинацията на рамката,

♦ предаване на кадри към мрежата през целевия порт, намерен в адресната таблица.

Както скоростта на филтриране, така и скоростта на напредване обикновено се измерват в кадри в секунда. Ако в характеристиките на комутатора не е посочено за кой протокол и за кой размер на рамката са дадени стойностите на скоростите на филтриране и пренасочване, тогава по подразбиране се счита, че тези индикатори са дадени за Ethernet протокола и кадрите на минимален размер, т.е. рамки с дължина 64 байта (без преамбюл), ​​с поле за данни от 46 байта. Ако скоростите са дадени за определен протокол, като Token Ring или FDDI, тогава те също са дадени за кадрите с минимална дължина на този протокол (например 29-байтови кадри за FDDI протокола). Използването на рамки с минимална дължина като основен показател за скоростта на превключване се обяснява с факта, че такива рамки винаги създават най-трудния режим на работа за превключвателя в сравнение с кадри от друг формат с еднаква пропускателна способност на прехвърлените потребителски данни. Ето защо, когато се тества превключвател, режимът на минимална дължина на рамката се използва като най-труден тест, който трябва да провери способността на превключвателя да работи с най-лошата комбинация от параметри на трафика за него. Освен това, за пакети с минимална дължина, скоростта на филтриране и препращане има максимална стойност, което е от голямо значение при рекламиране на суич.

Пропускателната способност на комутатора се измерва с количеството потребителски данни, предавани за единица време през неговите портове. Тъй като комутаторът работи на ниво връзка, потребителските данни за него са данните, които се пренасят в полето за данни на кадрите на протоколите на слоя връзка - Ethernet, Token Ring, FDDI и др. Максималната стойност на пропускателната способност на превключвателя винаги се постига на рамки с максимална дължина, тъй като в този случай делът на режийните разходи за информация за кадъра е много по-нисък, отколкото за кадри с минимална дължина, и времето за превключването да изпълни кадър операциите за обработка на един байт потребителска информация са значителни.

Зависимостта на пропускателната способност на комутатора от размера на предаваните кадри е добре илюстрирана от примера на Ethernet протокола, за който при предаване на кадри с минимална дължина скоростта на предаване е 14880 кадъра в секунда и пропускателна способност 5,48 Mb / s се постига, като при предаване на кадри с максимална дължина се постига скорост на предаване от 812 кадъра в секунда и пропускателна способност от 9,74 Mb/s. Пропускателната способност пада почти наполовина при превключване към кадри с минимална дължина и това е без да се взема предвид времето, загубено за обработка на кадри от превключвателя.

Закъснението при предаване на рамката се измерва като времето, изминало от момента, в който първият байт от рамката пристигне във входния порт на комутатора до момента, в който този байт пристигне в изходния порт на комутатора. Забавянето е сумата от времето, прекарано в буфериране на байтовете на рамката, както и времето, прекарано в обработка на рамката от превключвателя - търсене на адресната таблица, решаване дали да се филтрира или препрати и достъп до носителя на изходния порт.

Количеството забавяне, въведено от превключвателя, зависи от режима на неговата работа. Ако превключването се извършва "в движение", тогава закъсненията обикновено са малки и варират от 10 µs до 40 µs, а при буфериране на пълен кадър - от 50 µs до 200 µs (за кадри с минимална дължина).

Превключвателят е многопортово устройство, поради което е обичайно да дава всички горепосочени характеристики (с изключение на забавянето на предаването на рамка) в две версии. Първият вариант е общата производителност на комутатора с едновременно предаване на трафик през всички негови портове, вторият вариант е производителността на един порт.

Тъй като при едновременно предаване на трафик от няколко порта има огромен брой опции за трафик, които се различават по размера на кадрите в потока, разпределението на средния интензитет на кадровите потоци между портовете на местоназначението, коефициентите на вариация в интензитета на рамкови потоци и др. и т.н., тогава при сравняване на комутатори по отношение на производителността е необходимо да се вземе предвид за кой вариант на трафика са получени публикуваните данни за производителност. За съжаление, за комутатори (както и за рутери) няма общоприети шаблони за тестване на трафика, които биха могли да се използват за получаване на сравними характеристики на производителност, както се прави за получаване на такива характеристики на производителност на изчислителни системи като TPC-A или SPECint92. Разработиха се някои лаборатории, които рутинно тестват комуникационно оборудване подробни описанияусловия за тестване на превключватели и да ги използват в практиката си, но тези тестове все още не са станали общопромишлени.

Оценяване на необходимата обща производителност на превключвателя

В идеалния случай превключвател, инсталиран в мрежа, предава кадри между възли, свързани към неговите портове, със скоростта, с която възлите генерират тези кадри, без да въвежда допълнителни забавяния и без да губи нито един кадър. В реалната практика превключвателят винаги въвежда известно забавяне в предаването на рамки и може също да загуби някои рамки, тоест да не ги достави до местоназначението им. Поради различия във вътрешната организация различни моделикомутатори, е трудно да се предвиди как конкретен комутатор ще предава кадри от конкретен модел на трафик. Най-добрият критерий все още е практиката, когато суичът е поставен в реална мрежа и се измерват внесените от него закъснения и броя на загубените рамки. Има обаче прости изчисления, които могат да ви дадат представа как ще се държи превключвателят в реална ситуация.

Основата за оценка на това как комутаторът ще се справи с комуникацията на възли или сегменти, свързани към неговите портове, са данните за средната интензивност на трафика между мрежовите възли. Това означава, че трябва по някакъв начин да оцените колко кадъра в секунда, средно, възел, свързан към порт P2, генерира възел, свързан към порт P4 (трафик P24), възел, свързан към порт P3 (трафик P23) и т.н. , към възела, свързан към порт P6. След това тази процедура трябва да се повтори за трафика, генериран от възлите, свързани към портове 3, 4, 5 и 6. Като цяло, интензивността на трафика, генериран от един възел към друг, не съответства на интензивността на трафика, генериран в обратната посока.

Резултатът от изследването на трафика ще бъде изграждането на матрица на трафика. Трафикът може да се измерва както в кадри в секунда, така и в битове в секунда. Тъй като тогава необходимите стойности на трафика ще бъдат сравнени с показателите за ефективност на комутатора, трябва да ги имате в едни и същи единици. За категоричност ще приемем, че в този пример трафикът и производителността на комутатора се измерват в битове в секунда.

Подобна матрица е изградена от агентите RMON MIB (променлива на матрицата на трафика), вградени в мрежови адаптериили друго комуникационно оборудване.

За да може суичът да поддържа необходимата матрица на трафика, трябва да бъдат изпълнени няколко условия.

1. Цялостната производителност на превключвателя трябва да е по-голяма
или равен на общия интензитет на предавания трафик.

Ако това неравенство не е изпълнено, тогава комутаторът очевидно няма да може да се справи с потока от кадри, влизащи в него, и те ще бъдат загубени поради препълване на вътрешните буфери. Тъй като средните стойности на интензивността на трафика се появяват във формулата, никакво количество, дори много голям размер на вътрешния буфер или буферите за превключване, не може да компенсира твърде бавната обработка на кадрите.

Цялостната производителност на комутатора се осигурява от достатъчно високата производителност на всеки един от отделните му елементи - порт процесор, комутационна матрица, модули за свързване на обща шина и др. Независимо от вътрешната организация на комутатора и начина, по който неговите операции са конвейеризирани, е възможно да се определят сравнително прости изисквания за производителност за неговите елементи, които са необходими за поддържане на дадена матрица на трафика. Нека изброим някои от тях.

2. Номинална максимална пропускателна способност на протокола
на всеки порт на превключвателя трябва да бъде поне средната интензивност
от общия трафик, преминаващ през пристанището.

3. Производителността на процесора на всеки порт трябва да бъде поне равна на средната интензивност на общия трафик, преминаващ през порта. Условието е подобно на предишното, но вместо номиналната пропускателна способност на поддържания протокол трябва да използва пропускателната способност на процесора на порта.

4. Производителността на вътрешната шина на комутатора трябва да бъде не по-малка от средната интензивност на общия трафик, предаван между портовете, принадлежащи към различни модули на комутатора.

Тази проверка очевидно трябва да се извършва само за тези комутатори, които имат вътрешна архитектура от модулен тип, използваща обща шина за междумодулна комуникация. За комутатори с различна вътрешна организация, например със споделена памет, е лесно да се предложат подобни формули за проверка на достатъчната производителност на техните вътрешни елементи.

Горните условия са необходими, за да може комутаторът да се справи средно със задачата и да не губи кадри постоянно. Ако поне едно от горните условия не е изпълнено, тогава загубата на кадри не става епизодично явление при пикови стойности на трафика, а постоянно явление, тъй като дори средните стойности на трафика надвишават възможностите на комутатора.

Условия 1 и 2 се прилагат за комутатори с каквато и да е вътрешна организация, а условия 3 и 4 са дадени като пример за необходимостта да се вземе предвид производителността на отделните портове.

Тъй като производителите на комутатори се опитват да направят своите устройства възможно най-бързи, общата вътрешна пропускателна способност на комутатора често надвишава с известна разлика средната стойност на всеки трафик, който може да бъде насочен към портовете на комутатора според техните протоколи. Такива превключватели се наричат ​​неблокиращи, което подчертава факта, че всеки вариант на трафика се предава, без да се намалява неговата интензивност.

Въпреки това, без значение каква е общата производителност на комутатора, винаги можете да зададете за него такова разпределение на трафика между портовете, с което комутаторът не може да се справи и неизбежно ще започне да губи рамки. За да направите това, достатъчно е общият трафик, предаван през комутатора за някои от неговите изходни портове, да надвишава максималната пропускателна способност на протокола на този порт. Например, ако портовете P4, P5 и P6 изпращат по 5 Mbps към P2, тогава P2 няма да може да изпраща трафик със средна скорост от 15 Mbps към мрежата, дори ако процесорът на този порт има такава производителност. Буферът на порт P2 ще се запълни със скорост

15 Mb/s и празен при максимална скорост от 10 Mb/s, така че количеството необработени данни ще нараства със скорост от 5 Mb/s, което неизбежно води до препълване на всеки буфер с краен размер и следователно до загуба на кадри.

От горния пример може да се види, че комутаторите могат напълно да използват своята висока вътрешна производителност само в случай на добре балансиран трафик, когато вероятностите за предаване на рамки от един порт към друг са приблизително равни. В случай на „изкривявания“ на трафика, когато няколко порта изпращат трафика си главно към един порт, комутаторът може да не успее да се справи със задачата, дори не поради недостатъчна производителност на своите порт процесори, а поради ограничения на порт протокола.

Превключвателят може също така да загуби голям процент кадри в случаите, когато са изпълнени всички горепосочени условия, тъй като те са необходими, но не са достатъчни за навременното популяризиране на кадри, получени в портовете на приемника. Тези условия не са достатъчни, защото значително опростяват процеса на преминаване на кадри през комутатора. Ориентацията само към средните стойности на скоростите на потока не взема предвид сблъсъци, които възникват между предавателите на порта и мрежовия адаптер на компютъра, загуби по време на времето за изчакване за достъп до средата и други явления, причинени от случайни моментигенериране на кадри, произволни размери на кадри и други случайни фактори, които значително намаляват действителната производителност на комутатора. Независимо от това, използването на горните оценки е полезно, тъй като ви позволява да идентифицирате случаи, при които използването на определен модел на комутатор за определена мрежа е очевидно неприемливо.

Тъй като далеч не винаги е възможно да се оцени интензитета на потоците от кадри между мрежовите възли, в заключение на този раздел представяме връзка, която ни позволява да кажем, че комутаторът има достатъчна вътрешна производителност, за да поддържа потоците от кадри, ако те преминават през всичките му портове с максимална интензивност. С други думи, получаваме условието, че за даден набор от портове превключвателят е неблокиращ.

Очевидно един суич ще бъде неблокиращ, ако общата вътрешна пропускателна способност на комутатора е равна на сумата от максималните пропускателни способности на протокола на всички негови портове.

Тоест, ако комутаторът има например 12 Ethernet порта и 2 Fast Ethernet порта, тогава вътрешен капацитет от 320 Mb / s ще бъде достатъчен, за да се справи с всяко разпределение на трафика, който влиза в комутатора през неговите портове. Тази вътрешна производителност обаче е излишна, тъй като комутаторът е проектиран не само да получава кадри, но и да ги препраща към порта на дестинацията. Следователно всички портове на комутатора не могат постоянно да получават информация отвън с максимална скорост - средният интензитет на информацията, излизаща през всички портове на комутатора, трябва да бъде равен на средния интензитет на получената информация. Следователно максималната скорост на информацията, предавана през комутатора в стабилен режим, е равна на половината от общата пропускателна способност на всички портове - всеки входен кадър е изходен кадър за някакъв порт. Съгласно това твърдение, за да функционира правилно комутаторът, е достатъчно вътрешната му цялостна производителност да е равна на половината от сбора на максималните честотни ленти на протокола на всичките му портове.

Следователно, за комутатор с 12 Ethernet порта и 2 Fast Ethernet порта е напълно достатъчно да има средна обща производителност от 160 Mb / s за нормална работа при предаване на всякакви опции за разпределение на трафика, които могат да бъдат предадени от неговите портове за достатъчно дълъг период от време.

Още веднъж трябва да се подчертае, че това условие гарантира единствено, че вътрешните елементи на комутатора - порт процесори, междумодулна шина, централен процесор и др. - занимава се с обработката на входящия трафик. Асиметрия в разпределението на този трафик между изходните портове винаги може да доведе до невъзможност за изпращане на трафик към мрежата своевременно поради ограничения на протокола на порта. За да предотвратят загуба на кадри, много производители на комутатори използват патентовани решения, които позволяват „забавяне“ на предавателите на възли, свързани към комутатора, тоест въвеждат елементи за контрол на потока, без да променят протоколите на портовете на крайните възли. Тези методи ще бъдат обсъдени по-долу, когато се разглеждат допълнителните характеристики на превключвателите.

В допълнение към пропускателната способност на отделните елементи на комутатора, като процесори на портове или обща шина, производителността на комутатора се влияе от такива параметри като размера на адресната таблица и размера на общия буфер или буферите на отделните портове.

Размер на адресната таблица

Максималният капацитет на адресната таблица определя максималния брой MAC адреси, които комутаторът може да обработва едновременно. Тъй като комутаторите най-често използват специален процесор със собствена памет за съхраняване на екземпляр на адресната таблица за извършване на операциите на всеки порт, размерът на адресната таблица за комутатори обикновено се дава за порт. Екземплярите на адресната таблица на различни процесорни модули не съдържат непременно една и съща адресна информация - най-вероятно няма да има толкова много дублиращи се адреси, освен ако разпределението на трафика на всеки порт е напълно еднакво вероятно между другите портове. Всеки порт съхранява само наборите от адреси, които наскоро е използвал.

Стойността на максималния брой MAC адреси, които порт процесорът може да запомни, зависи от приложението на комутатора. Превключвателите на работни групи обикновено поддържат само няколко адреса на порт, тъй като са проектирани да образуват микросегменти. Отделните комутатори трябва да поддържат няколкостотин адреса, а мрежовите опорни комутатори до няколко хиляди, обикновено 4K-8K адреса.

Недостатъчният капацитет на адресната таблица може да забави комутатора и да наводни мрежата с излишен трафик. Ако адресната таблица на порт процесора е пълна и той срещне нов адрес на източник във входящ пакет, той трябва да изхвърли всеки стар адрес от таблицата и да постави нов на негово място. Самата тази операция ще отнеме известно време от процесора, но основната загуба на производителност ще се наблюдава, когато пристигне рамка с адрес на дестинация, който трябва да бъде премахнат от адресната таблица. Тъй като адресът на дестинацията на рамката е неизвестен, комутаторът трябва да препрати рамката към всички други портове. Тази операция ще създаде ненужна работа за много портови процесори, освен това копията на този кадър ще попаднат и в тези мрежови сегменти, където те са напълно незадължителни.

Някои производители на комутатори решават този проблем, като променят алгоритъма за обработка на рамки с неизвестен адрес на дестинация. Един от портовете на комутатора е конфигуриран като trunk порт, към който по подразбиране се изпращат всички рамки с неизвестен адрес. В рутерите тази техника се използва от дълго време, което ви позволява да намалите размера на адресните таблици в мрежи, организирани по йерархичен принцип.

Предаването на рамка към магистралния порт се основава на факта, че този порт е свързан към превключвателя нагоре по веригата, който има достатъчен капацитет на адресната таблица и знае къде да изпрати всяка рамка. Пример за успешно предаване на рамка при използване на магистрален порт е, че комутаторът от най-високо ниво има информация за всички мрежови възли, така че рамката с целевия MAZ адрес, предаден към него през магистралния порт, се предава през порт 2 към комутатора към към който е свързан възелът с адреса на MAZ.

Въпреки че методът на магистралния порт ще работи ефективно в много случаи, възможно е да си представите ситуации, при които кадрите просто ще бъдат загубени. Една такава ситуация е следната: превключвателят на по-ниско ниво е премахнал от своята адресна таблица MAC8 адреса, който е свързан към неговия порт 4, за да освободи място за новия MAC3 адрес. Когато рамка пристигне с MAC8 адрес на местоназначение, комутаторът я препраща към магистрален порт 5, през който рамката влиза в комутатора от по-високо ниво. Този превключвател вижда от своята адресна таблица, че MAC8 адресът принадлежи на неговия порт 1, през който е влязъл в превключвателя. Следователно кадърът не се обработва допълнително и просто се филтрира и следователно не достига местоназначението. Поради това е по-надеждно да се използват комутатори с достатъчен брой адресни таблици за всеки порт, както и поддръжка на обща адресна таблица от модула за управление на комутатора.

Буферен обем

Вътрешната буферна памет на комутатора е необходима за временно съхраняване на кадри с данни в случаите, когато те не могат да бъдат незабавно прехвърлени към изходния порт. Буферът е предназначен да изглажда краткотрайните вълни на трафика. В края на краищата, дори ако трафикът е добре балансиран и производителността на портовите процесори, както и на други обработващи елементи на комутатора, е достатъчна за прехвърляне на средни стойности на трафика, това не гарантира, че тяхната производителност ще бъде достатъчна за много висок пик стойности на натоварване. Например, трафикът може да пристигне едновременно до всички входове на комутатора за няколко десетки милисекунди, предотвратявайки предаването на получени рамки към изходните портове.

За да се предотвратят загуби на кадри, когато средната интензивност на трафика надвиши средната за кратко време (и за локални мрежи често се срещат стойности на пулсации на трафика в диапазона 50-100), единственото средство за защита е голям буфер. Както в случая с адресните таблици, всеки портов процесорен модул обикновено има своя собствена буферна памет за съхраняване на рамки. Колкото по-голям е обемът на тази памет, толкова по-малка е вероятността да се загубят кадри по време на претоварване, въпреки че ако средните стойности на трафика са небалансирани, буферът все пак ще се препълни рано или късно.

Обикновено комутаторите, проектирани да работят в критични части на мрежата, имат буферна памет от няколко десетки или стотици килобайта на порт. Добре е, че тази буферна памет може да се преразпределя между множество портове, тъй като едновременното претоварване на множество портове е малко вероятно. Допълнителна функция за сигурност може да бъде общ буфер за всички портове в модула за управление на комутатора. Такъв буфер обикновено е с размер няколко мегабайта.

Допълнителни функции на превключвателите

Тъй като комутаторът е сложно изчислително устройство с няколко процесорни модула, естествено е да го заредите в допълнение към изпълнението на основната функция за предаване на кадри от порт на порт с помощта на мостовия алгоритъм и някои допълнителни функции, които са полезни при изграждането на надеждни и гъвкави мрежи . По-долу са описани най-често срещаните допълнителни функции за превключване, които се поддържат от повечето производители на комуникационно оборудване.

Превод на протоколи на ниво връзка

Превключвателите могат да преобразуват един протокол на ниво връзка в друг, като Ethernet към FDDI, Fast Ethernet към Token Ring и т.н. В същото време те работят по същите алгоритми като излъчващите мостове, тоест в съответствие със спецификациите RFC 1042 и 802.1H, които определят правилата за преобразуване на рамкови полета на различни протоколи.

Преводът на протоколите за локална мрежа се улеснява от факта, че най-трудната работа, която рутерите и шлюзовете често извършват при свързване на разнородни мрежи, а именно работата по превода на адресна информация, не е необходимо да се извършва в този случай. Всички LAN крайни точки имат уникални адреси от един и същи формат, независимо от поддържания протокол. Следователно адресът на Ethernet NIC се разбира от мрежовия адаптер FDDI и те могат да използват тези адреси в полетата на своите рамки, без да мислят, че възелът, с който комуникират, принадлежи към мрежа, работеща на различна технология.

Следователно, когато се договарят протоколи за локална мрежа, комутаторите не изграждат таблици за съпоставяне на адреси на хостове, а прехвърлят адреси на местоназначение и източник от рамка на един протокол към рамка на друг протокол. Единственото преобразуване, което може да се наложи да се извърши, е преобразуване бит в байт, ако Ethernet мрежата отговаря на Token Ring или FDDI мрежа. Това се дължи на факта, че Ethernet мрежите са възприели така наречената канонична форма на предаване на адрес по мрежата, когато най-малкият бит от най-значимия байт на адреса се предава първи. В мрежите FDDI и Token Ring най-значимият бит от най-значимия байт на адреса винаги се предава първи. Тъй като технологията lOOVG-AnyLAN използва Ethernet или Token Ring рамки, нейното преобразуване в други технологии зависи от това кои протоколни рамки се използват в този сегмент на мрежата lOOVG-AnyLAN.

В допълнение към промяната на реда на битовете при прехвърляне на адресни байтове, преводът на Ethernet протокола (и Fast Ethernet, който използва формата на Ethernet рамка) в протоколите FDDI и Token Ring включва следните (може би не всички) операции:

♦ Изчислете дължината на полето с данни на рамката и поставете тази стойност в полето Length, когато прехвърляте рамка от FDDI или Token Ring мрежа към 802.3 Ethernet мрежа (няма поле за дължина в FDDI и Token Ring рамки).

♦ Попълване на полетата за статус на рамката при прехвърляне на рамки от FDDI или Token Ring мрежа към Ethernet мрежа. Рамките FDDI и Token Ring имат два бита, които трябва да бъдат зададени от станцията, към която е предназначена рамката - битът за адрес A и битът за копиране на рамка C. който го е генерирал, е донесъл данните обратна връзка. Когато превключвател предава кадър към друга мрежа, няма стандартни правила за настройка на битовете A и C в кадъра, който се връща обратно към станцията източник. Следователно производителите на превключватели решават този проблем по свое усмотрение.

♦ Прехвърляне на рамки от мрежи FDDI или Token Ring към Ethernet с размер на полето за данни, по-голям от 1500 байта, тъй като това е максималният размер на полето за данни за Ethernet мрежи. В бъдеще е възможно да се съкрати максималния размер на полето за данни на мрежи FDDI или Token Ring с помощта на протоколи от по-високо ниво, например TCP. Друго решение на този проблем е да се поддържа IP фрагментация от комутатора, но това изисква, първо, внедряването на протокола на мрежовия слой в комутатора, и второ, поддръжката на IP протокола от взаимодействащите възли на преведените мрежи.

♦ Попълване на полето Type (тип протокол в полето за данни) на рамката Ethernet II, когато рамката пристига от мрежи

поддържащи FDDI или Token Ring рамки, които нямат това поле. За да съхраните информацията за полето Type, RFC 1042 предлага да използвате полето Type на заглавката на рамката LLC/SNAP, вградено в полето за данни на рамката MAC на протоколите FDDI или Token Ring. Когато се обърне, стойността в полето Type на заглавката LLC/SNAP се прехвърля в полето Type на рамката Ethernet II.

♦ Преизчисляване на контролната сума на рамката в съответствие с генерираните стойности на служебните полета на рамката.

Поддръжка на алгоритъм Spanning Tree

Алгоритъмът Spanning Tree (STA) позволява на комутаторите автоматично да определят дървовидната конфигурация на връзките в мрежата, когато портовете са произволно свързани един към друг. Както вече беше отбелязано, нормалната работа на комутатора изисква липсата на затворени маршрути в мрежата. Тези маршрути могат да бъдат създадени от администратора специално за създаване на излишни връзки или могат да се появят на случаен принцип, което е напълно възможно, ако мрежата има множество връзки и кабелната система е лошо структурирана или документирана.

Превключвателите, поддържащи алгоритъма STA, автоматично създават активна конфигурация на дървовидна връзка (т.е. конфигурация на връзка без цикли) върху набора от всички мрежови връзки. Тази конфигурация се нарича spanning tree (понякога наричана spanning или main tree) и нейното име дава името на целия алгоритъм.

Превключвателите намират обхващащото дърво адаптивно чрез обмен на сервизни пакети. Внедряването на алгоритъма STA в комутатора е много важно за работа в големи мрежи - ако комутаторът не поддържа този алгоритъм, тогава администраторът трябва самостоятелно да определи кои портове трябва да бъдат поставени в блокирано състояние, за да се елиминират цикли. Освен това, ако някоя връзка, порт или превключвател се повреди, администраторът трябва, първо, да открие факта на повредата и, второ, да отстрани последствията от повредата, като превключи резервната връзка в режим на работа, като активира някои портове.

Основни определения

Мрежата определя коренния комутатор (root switch), от който се изгражда дървото. Основният превключвател може да бъде избран автоматично или зададен от администратора. С автоматичен избор

Превключвателят с по-ниска стойност на MAC адреса на неговия контролен блок става невалиден.

За всеки комутатор се определя коренен порт (root port) - това е портът, който има най-късо разстояние по мрежата до основния комутатор (по-точно до който и да е от портовете на основния комутатор). След това за всеки мрежов сегмент се избира така нареченият назначен порт - това е портът, който има най-късо разстояние от този сегмент до основния комутатор.

Концепцията за разстояние играе важна роля при изграждането на покриващо дърво. По този критерий се избира единичен порт, който свързва всеки комутатор с основния комутатор, и един порт, който свързва всеки мрежов сегмент с главния комутатор. Всички останали портове са поставени в състояние на готовност, т.е. такова, в което не предават нормални кадри с данни. Може да се докаже, че при такъв избор на активни портове в мрежата се елиминират циклите и останалите връзки образуват обхващащо дърво.

Разстоянието до корена се определя като общото условно време за прехвърляне на данни от порта на този комутатор към порта на основния комутатор. В този случай се счита, че времето за вътрешни трансфери на данни (от порт на порт) от комутатора е незначително и се взема предвид само времето за трансфер на данни през мрежовите сегменти, свързващи комутаторите. Условното време на сегмента се изчислява като времето, необходимо за прехвърляне на един бит информация в единици от 10 ns между портове, директно свързани в мрежов сегмент. Така че за Ethernet сегмент това време е равно на 10 конвенционални единици, а за 16 Mb/s Token Ring сегмент - 6,25. (Алгоритъмът STA не е свързан с някакъв конкретен стандарт за ниво връзка; той може да се приложи към комутатори, свързващи мрежи с различни технологии.)

За автоматично определяне на първоначалната активна конфигурация на дървото, всички мрежови комутатори след тяхната инициализация започват периодично да обменят специални пакети, наречени Bridge Protocol Data Units (BPDU), което отразява факта, че алгоритъмът STA за мостове е първоначално разработен.

BPDU се поставят в полето за данни на рамки на ниво връзка, като например Ethernet или FDDI рамки. Желателно е всички комутатори да поддържат общ мултикаст адрес, чрез който рамки, съдържащи BPDU, могат да се предават едновременно към всички комутатори в мрежата. В противен случай се излъчват BPDU.

BPDU пакетът има следните полета:

♦ Идентификатор на версията на протокола STA - 2 байта. Превключвателите трябва да поддържат една и съща версия на протокола STA, в противен случай може да се установи активна конфигурация за обратна връзка.

♦ Тип BPDU - 1 байт. Има два типа BPDU - конфигурационен BPDU, т.е. заявка да стане основен превключвател, въз основа на която се определя активната конфигурация, и BPDU известие за преконфигуриране, което се изпраща от превключвател, който открива събитие, изискващо преконфигуриране - повреда на връзката , повреда на порта, промяна на превключвателя или приоритетите на порта.

♦ Флагове - 1 байт. Единият бит съдържа флага за промяна на конфигурацията, вторият бит съдържа флага за потвърждение на промяната на конфигурацията.

♦ Root switch ID - 8 байта.

♦ Разстояние до root - 2 байта.

♦ Switch ID - 8 байта.

♦ Port ID - 2 байта.

♦ Живот на съобщението - 2 байта. Измерва се в единици от 0,5 s, служи за откриване на остарели съобщения. Когато BPDU преминава през превключвател, превключвателят добавя към живота на пакета времето, което е забавено от този превключвател.

♦ Максималният живот на съобщението е 2 байта. Ако BPDU пакет има време на живот, по-голямо от максималното, тогава той се игнорира от комутаторите.

♦ Hello интервалът, на който се изпращат BPDU.

♦ Закъснение за промяна на състоянието - 2 байта. Минимално време за активиране на портовете на комутатора. Такова забавяне е необходимо, за да се изключи възможността за временно възникване на алтернативни маршрути поради неедновременни промени в състоянието на порта по време на преконфигуриране.

В BPDU пакета за известие за преконфигуриране липсват всички полета освен първите две.

След инициализацията всеки превключвател първо се счита за корен. Следователно, той започва да генерира BPDU съобщения от конфигурационния тип през всички свои портове на всеки hello интервал. В тях той посочва своя идентификатор като идентификатор на основния превключвател (и като този превключвател също), разстоянието до корена е зададено на 0, а идентификаторът на порта, през който се предава BPDU, е посочен като идентификатор на порта . След като превключвател получи BPDU, който има ID на коренния превключвател, по-малък от неговия собствен, той спира да генерира свои собствени BPDU рамки и започва да препредава само кадрите на новия кандидат за основен превключвател. При препредаване на кадри той увеличава разстоянието до основата, посочено във входящия BPDU, с условното време на сегмента, на който е получен дадения кадър.

Когато препредава рамки, всеки комутатор за всеки от своите портове запомня минималното разстояние до корена, срещано във всички BPDU рамки, получени на този порт. Когато процедурата за конфигуриране на Spanning Tree приключи (навреме), всеки комутатор намира своя коренен порт - това е портът, който е най-близо до другите портове по отношение на корена на дървото. В допълнение, комутаторите избират определен порт за всеки мрежов сегмент по разпределен начин. За да направят това, те изключват своя основен порт от разглеждане и за всичките си останали портове сравняват минималните разстояния до корена, приети за тях, с разстоянието до корена на техния основен порт. Ако това разстояние е по-малко от приетите за родно пристанище, това означава, че това е определено пристанище. Всички портове, с изключение на посочените портове, се поставят в блокирано състояние и обхващащото дърво е завършено.

По време на нормална работа основният превключвател продължава да генерира сервизни кадри, а останалите превключватели продължават да ги получават на своите главни портове и да ги препращат към определените. Ако превключвателят няма присвоени портове, той все още получава сервизни рамки на главния порт. Ако главният порт не получи сервизна рамка след изтичане на времето за изчакване, тогава той инициализира нова процедура за обхващащо дърво.

Методи за управление на кадровия поток

Някои производители използват техники за контрол на потока на кадрите в своите комутатори, които не се намират в стандартите за LAN протоколи, за да предотвратят падане на кадри поради претоварване.

Тъй като загубата дори на малка част от рамки обикновено значително намалява полезната производителност на мрежата, когато комутаторът е претоварен, би било рационално да се забави скоростта на кадрите от крайните възли към приемниците на комутатора, за да се позволи предаватели, за да разтоварят своите буфери с по-бърза скорост. Алгоритъмът за преплитане на предавани и получени рамки (frame interleave) трябва да бъде гъвкав и да позволява на компютъра да предава няколко свои собствени в критични ситуации за всеки получен кадър, като не е задължително да намалява интензитета на приемане до нула, а просто да го намалява до необходимия ниво.

За да реализира такъв алгоритъм, комутаторът трябва да има механизъм за намаляване на интензивността на трафика на възлите, свързани към неговите портове. Някои LAN протоколи, като FDDI, Token Ring или lOOVG-AnyLAN, имат способността да променят приоритета на порта и по този начин да дават приоритет на порт за превключване пред порт на компютър. Протоколите Ethernet и Fast Ethernet нямат тази възможност, така че производителите на комутатори за тези много популярни технологии използват два метода за въздействие върху крайните възли.

Тези техники се основават на факта, че крайните възли стриктно отговарят на всички параметри на алгоритъма за достъп до средата, но портовете на комутатора не.

Първият метод за "спиране" на крайния възел се основава на така нареченото агресивно поведение на порта на комутатора при улавяне на средата след края на предаването на следващия пакет или след сблъсък.

Превключвателят може да използва този механизъм адаптивно, увеличавайки своята агресивност, ако е необходимо.

Втората техника, използвана от разработчиците на комутатори, е прехвърлянето на фиктивни кадри към компютъра в случай, че комутаторът няма кадри в буфера за предаване на този порт. В този случай комутаторът може да не нарушава параметрите на алгоритъма за достъп, като честно се конкурира с крайния възел за правото да предава своя кадър. Тъй като в този случай средата ще бъде еднакво вероятно да бъде на разположение или на комутатора, или на крайния възел, интензивността на предаване на рамка към комутатора ще бъде средно наполовина. Този метод се нарича метод на обратното налягане. Може да се комбинира с агресивния метод за улавяне на медии за допълнително потискане на активността на крайния възел.

Методът на обратното налягане не се използва за разтоварване на процесорния буфер на порта, директно свързан към потиснатия възел, а за разтоварване или на споделения буфер на комутатора (ако се използва архитектура на споделена споделена памет), или за разтоварване на процесорния буфер на друг порт, към който този порт предава своите рамки. В допълнение, методът на обратното налягане може да се използва в случаите, когато порт процесорът не е проектиран да поддържа максималния възможен трафик за протокола. Един от първите примери за прилагане на метода на обратното налягане е свързан точно с такъв случай - методът е приложен от LANNET в модулите LSE-1 и LSE-2, предназначени за комутиране на Ethernet трафик с максимална интензивност 1 Mb / s и съответно 2 Mb / s.

Възможности за филтриране на трафик на комутатори

Много комутатори позволяват на администраторите да определят допълнителни условия за филтриране на рамки заедно със стандартните условия за филтриране на рамки според информацията в адресната таблица. Потребителските филтри са предназначени да създават допълнителни бариери по пътя на кадрите, които ограничават достъпа на определени потребителски групи до определени мрежови услуги.

Ако превключвателят не поддържа протоколи на мрежовия и транспортния слой, които имат полета, указващи към коя услуга принадлежат предаваните пакети, тогава администраторът трябва да дефинира полето, по чиято стойност трябва да се извърши филтриране под формата на относителна двойка размер на отместване до началото на полето за данни на рамката на слоя за връзка за данни. Следователно, например, за да забрани на определен потребител да отпечатва документите си на определен NetWare сървър за печат, администраторът трябва да знае позицията на полето "socket number" в IPX пакета и стойността на това поле за печат услуга, както и да знаете MAC адреса на потребителския компютър и сървъра за печат.

Обикновено условията за филтриране се записват като булеви изрази, образувани с помощта на логическите операции И и ИЛИ.

Налагането на допълнителни условия за филтриране може да влоши производителността на превключвателя, тъй като оценката на булеви изрази изисква допълнително изчисление от портовите процесори.

В допълнение към общите условия, комутаторите могат да поддържат специални условия за филтриране. Един от много популярните видове специални филтри са филтрите, които създават виртуални сегменти.

Филтърът, използван от много производители за защита на мрежа, изградена на базата на комутатори, също е специален.

Превключване в движение или буферирано

Възможността за внедряване на допълнителни функции значително се влияе от метода на предаване на пакети - "в движение" или с буфериране. Както показва таблицата по-долу, повечето от разширените функции на комутатора изискват кадрите да бъдат напълно буферирани, преди да бъдат предадени през целевия порт към мрежата.

Средната латентност на превключвателите в движение при високо натоварване се обяснява с факта, че в този случай изходният порт често е зает с получаване на друг пакет, така че новопристигналият пакет за този порт все още трябва да бъде буфериран.

Превключвателят в движение може да извършва проверки за невалидност на рамката, но не може да премахне лоша рамка от мрежата, тъй като някои от нейните байтове (и обикновено повечето) вече са прехвърлени към мрежата. В същото време, при малко натоварване, превключвателят в движение значително намалява забавянето на предаването на рамката и това може да бъде важно за трафик, който е чувствителен към закъснения. Поради това някои производители, като Cisco, използват адаптивен механизъм за промяна на режима на превключване. Основният режим на такъв превключвател е превключването в движение, но превключвателят постоянно следи трафика и, ако интензивността на появата на лоши кадри надвиши определен праг, превключва в режим на пълно буфериране.

Използване на различни класове услуги

Тази функция позволява на администратора да присвоява различни приоритети на обработка на различни типове рамки. В този случай комутаторът поддържа множество опашки от необработени рамки и може да бъде конфигуриран, например, така че да предава един пакет с нисък приоритет за всеки 10 пакета с висок приоритет. Тази функция може да бъде особено полезна при нискоскоростни линии и приложения, които имат различни изисквания за приемливи закъснения.

Тъй като не всички протоколи на ниво връзка поддържат поле за приоритет на рамката, например Ethernet рамките нямат такова, комутаторът трябва да използва някакъв допълнителен механизъм, за да асоциира рамка с нейния приоритет. Най-често срещаният начин е да зададете приоритет на комутационни портове. С този метод превключвателят поставя рамката в опашката от рамки с подходящ приоритет, в зависимост от това през кой порт рамката е влязла в комутатора. Методът е прост, но недостатъчно гъвкав - ако към порта на комутатора е свързан не отделен възел, а сегмент, то всички възли на сегмента получават еднакъв приоритет. Пример за подход, базиран на портове, е PACE технологията на 3Com.

По-гъвкаво е да се даде приоритет на MAC адресите на хоста, но този метод изисква много ръчна работа от страна на администратора.

Поддръжка на виртуални мрежи

В допълнение към основната си цел - увеличаване на пропускателната способност на комуникациите в мрежата - комутаторът ви позволява да локализирате информационните потоци в мрежата, както и да контролирате и управлявате тези потоци с помощта на персонализирани филтри. Персонализираният филтър обаче може да ограничи предаването на кадри само до конкретни адреси и предава излъчван трафик към всички мрежови сегменти. Това се изисква от мостовия алгоритъм, който е внедрен в комутатора, така че мрежите, създадени на базата на мостове и комутатори, понякога се наричат ​​плоски - поради липсата на бариери за излъчване на трафик.

Технологията на виртуалните мрежи (Virtual LAN, VLAN) ви позволява да преодолеете това ограничение.

Виртуалната мрежа е група от мрежови възли, чийто трафик, включително излъчван трафик, е напълно изолиран от други мрежови възли на ниво връзка. Това означава, че не е възможно да се изпращат рамки между различни виртуални сегменти въз основа на адреса на слоя за връзка, независимо дали адресът е уникален, мултикаст или броукаст. В същото време във виртуалната мрежа кадрите се предават с помощта на комутационна технология, тоест само до порта, който е свързан с адреса на местоназначението на рамката.

Казано е, че виртуалната мрежа формира домейн за излъчван трафик (broadcast домейн), по аналогия с домейна на сблъсък, който се формира от повторители на Ethernet мрежи.

Целта на виртуалната мрежова технология е да улесни създаването на независими мрежи, които след това трябва да комуникират с помощта на протоколи на мрежовия слой. За да се реши този проблем, преди появата на виртуалната мрежова технология се използват отделни ретранслатори, всеки от които образува независима мрежа. Тогава тези мрежи бяха свързани чрез рутери в единен интернет.

При промяна на състава на сегментите (преход на потребителя към друга мрежа, разделяне на големи сегменти), с този подход е необходимо физически да се свържат отново конекторите на предните панели на повторителите или в кръстосани панели, което не е много удобно в големи мрежи - много физическа работа и също така има голяма вероятност за грешка.

Следователно, за да се елиминира необходимостта от физическо повторно превключване, започнаха да се използват многосегментни повторители. В най-модерните модели на такива повторители, присвояването на отделен порт към някой от вътрешните сегменти се извършва програмно, обикновено с помощта на удобен графичен интерфейс. Примери за такива повторители включват хъб Distributed 5000 на Bay Networks и хъб PortSwitch на 3Com. Софтуерното присвояване на порт към сегмент често се нарича статично или конфигурационно превключване.

Въпреки това, решаването на проблема с промяната на състава на сегментите с помощта на повторители налага някои ограничения върху структурата на мрежата - броят на сегментите на такъв повторител обикновено е малък, така че е нереалистично да се разпредели сегмент на всеки възел, както може да се направи с превключвател. Следователно мрежите, изградени на базата на конфигурирани комутирани повторители, все още се основават на разделянето на средата за предаване на данни между голям брой възли и следователно имат много по-ниска производителност в сравнение с мрежите, изградени на базата на комутатори.

Когато се използва виртуална мрежова технология в комутатори, две задачи се решават едновременно:

♦ подобрение на производителността във всяка от виртуалните мрежи, тъй като комутаторът препраща кадри в такава мрежа само към целевия възел;

♦ Изолирайте мрежите една от друга, за да управлявате правата за достъп на потребителите и да създавате защитни бариери за излъчване на бури.

Свързването на виртуални мрежи с интернет изисква участие на мрежовия слой. Може да се внедри в отделен рутер или да работи като част от софтуера за превключване.

Технологията за формиране и работа на виртуални мрежи с помощта на комутатори все още не е стандартизирана, въпреки че е внедрена в много широка гама от модели комутатори различни производители. Ситуацията може скоро да се промени, ако бъде приет стандартът 802.1Q, който се разработва в рамките на института WEEE.

Поради липсата на стандарт, всеки производител има своя собствена виртуална мрежова технология, която по правило е несъвместима с технологията на други производители. Следователно виртуалните мрежи могат да бъдат създадени досега на оборудването на един производител. Единствените изключения са виртуалните мрежи, изградени на базата на спецификацията LANE (LAN Emulation), предназначена да осигури взаимодействието на ATM комутаторите с традиционното LAN оборудване.

Когато създавате виртуални мрежи, базирани на един комутатор, обикновено се използва механизмът за групиране на портове на комутатора.

Това е логично, тъй като виртуалните мрежи, изградени на базата на един комутатор, не могат да имат повече от портове. Ако сегмент, изграден на базата на повторител, е свързан към един порт, тогава няма смисъл да се включват възлите на такъв сегмент в различни виртуални мрежи - все пак трафикът на тези възли ще бъде общ.

Създаването на виртуални мрежи на базата на групиране на портове не изисква много ръчна работа от администратора - достатъчно е да присвоите всеки порт на няколко предварително наименувани виртуални мрежи. Обикновено тази операция се извършва чрез плъзгане на иконите на портовете върху иконите на мрежата.

Вторият метод, който се използва за формиране на виртуални мрежи, се основава на групирането на MAC адреси. Когато в мрежата има голям брой възли, този метод изисква голям брой ръчни операции от администратора. Въпреки това, той се оказва по-гъвкав при изграждане на виртуални мрежи, базирани на няколко комутатора, отколкото методът за групиране на портове.

Проблемът, който възниква при създаване на виртуални мрежи, базирани на няколко комутатора, които поддържат техниката за групиране на портове, е следният: ако възлите на една виртуална мрежа са свързани към различни комутатори, тогава трябва да се разпредели двойка портове за свързване на комутаторите на всеки такъв мрежа. В противен случай, ако комутаторите са свързани само с една двойка портове, информацията за рамката, принадлежаща към определена виртуална мрежа, ще бъде загубена по време на предаване от комутатор към комутатор. По този начин превключвателите за свързване на портове изискват толкова портове за тяхната връзка, колкото поддържат VLAN. Използването на портове и кабели по този начин е много разточително. Освен това, когато свързвате виртуални мрежи чрез рутер, в този случай за всяка виртуална мрежа се разпределя отделен кабел, което затруднява вертикалното окабеляване, особено ако хостовете на виртуалната мрежа са разположени на няколко етажа.

Групирането на MAC адреси в мрежа на всеки комутатор елиминира необходимостта от свързването им през множество портове, но изисква много ръчно маркиране на MAC адреси на всеки комутатор в мрежата.

Двата описани подхода се основават само на добавяне на допълнителна информация към адресните таблици на моста и не използват възможността за вграждане на информация за рамката, принадлежаща към виртуална мрежа, в предавания кадър. Останалите подходи използват съществуващите или допълнителните полета на рамката, за да запазят информацията и собствеността върху рамката, когато тя се движи между мрежови комутатори. В същото време няма нужда да помните във всеки комутатор, че всички MAC адреси в интернет принадлежат към виртуални мрежи.

Ако се използва допълнително поле, маркирано с номер на виртуална мрежа, то се използва само когато рамката се предава от комутатор на комутатор и се премахва, когато рамката се предава към крайния възел. В същото време протоколът за взаимодействие „превключвател-превключвател“ е модифициран, докато софтуерът и хардуерът на крайните възли остават непроменени. Има много примери за такива патентовани протоколи, но общ недостатъкимат такъв - не се поддържат от други производители. Cisco предложи използването на хедъра на протокола 802.10 като стандартна добавка към рамката за всички LAN протоколи за поддържане на функции за сигурност. компютърни мрежи. Самата компания използва този метод в случаите, когато комутаторите са свързани помежду си с помощта на протокола FDDI. Въпреки това, тази инициатива не беше подкрепена от други водещи производители на комутатори, така че до приемането на стандарта 802.1Q, патентованите протоколи за маркиране на виртуална мрежа ще преобладават.

Има два начина за изграждане на виртуални мрежи, които използват вече съществуващите полета, за да маркират собствеността върху рамка на виртуална мрежа, но тези полета не принадлежат към рамки на протокол за връзка за данни, а към пакети на мрежов слой или клетки на ATM технология.

В първия случай виртуалните мрежи се формират на базата на мрежови адреси, тоест същата информация, която се използва при изграждане на интернет по традиционния начин - чрез използване на физически отделни мрежи, свързани към различни портове на рутера.

Когато се формира виртуална мрежа въз основа на мрежови номера, на всеки порт на комутатора се присвояват един или повече мрежови номера, като например IP мрежови номера. Всеки номер на IP мрежа съответства на една виртуална мрежа. В този случай крайните възли също трябва да поддържат IP протокола. Когато предават кадри между възли, принадлежащи към една и съща виртуална мрежа, крайните възли изпращат данни директно към MAC адреса на възела местоназначение и посочват IP адреса на своята виртуална мрежа в пакета на мрежовия слой. В този случай превключвателят предава рамки въз основа на MAC адреса на местоназначението в адресната таблица, като същевременно проверява валидността на предаванията чрез съпоставяне на мрежовия IP номер на пакета, съдържащ се в рамката, и IP адреса на порта на местоназначение, намерен в адресната таблица . Когато даден кадър се прехвърля от един комутатор към друг, неговият IP адрес се прехвърля заедно с кадъра, което означава, че комутаторите могат да бъдат свързани само с една двойка портове, за да поддържат виртуални мрежи, разпределени между няколко комутатора.

В случай, че е необходимо да се обменя информация между възли, принадлежащи към различни виртуални мрежи, крайният възел работи по същия начин, както ако е в мрежи, разделени от обикновен рутер. Крайният възел препраща рамката към рутера по подразбиране, като указва своя MAC адрес в рамката и IP адреса на целевия хост в пакета на мрежовия слой. Рутерът по подразбиране трябва да бъде вътрешното тяло на комутатора, което има специфичен MAC адрес и IP адрес, точно като традиционния рутер. В допълнение, той трябва да има таблица за маршрутизиране, която определя изходния порт за всички мрежови номера, които съществуват в общия интернет.

За разлика от традиционните рутери, които имат различен мрежов номер за всеки порт, комутаторите, които поддържат мрежов протокол за формиране на виртуални мрежи, присвояват един и същ мрежов номер на множество портове. В допълнение, един и същ порт може да бъде свързан с няколко мрежови номера, ако комуникаторите комуникират през него.

Често комутаторите не поддържат функциите за автоматично изграждане на таблица за маршрутизиране, които се поддържат от протоколи за маршрутизиране като RIP или OSPF. Тези комутатори се наричат ​​комутатори на ниво 3, за да се разграничат от традиционните рутери. Когато използвате комутатори от ниво 3, таблиците за маршрутизиране се създават ръчно от администратора (това също често е приемливо с малък брой виртуални мрежи и маршрута по подразбиране към пълноценен рутер) или се зареждат от рутера. Според последната схема комутатор Catalist 5000 от Cisco взаимодейства с рутери от същата компания.

Ако превключвателят не поддържа функции на мрежовия слой, тогава неговите виртуални мрежи могат да се комбинират само с помощта на външен рутер. Някои компании правят специални рутери за използване с комутатори. Пример за такъв рутер е Vgate рутерът на RND.

Този рутер има един физически порт за комуникация с порта на комутатора, но този порт може да поддържа до 64 MAC адреса, което позволява на рутера да обхваща до 64 виртуални мрежи.

Последният начин за организиране на виртуални мрежи е свързан с използването на ATM комутатори в мрежата. Този метод се основава на използването на отделна виртуална връзка за изпращане на кадри към всяка виртуална мрежа чрез ATM комутатори.

Управление на комутирана мрежа

Превключвателите са сложни многофункционални устройства, които играят решаваща роля в съвременните мрежи. Следователно поддръжката на централизирани функции за контрол и управление, реализирани от протокола SNMP и съответните агенти, е практически задължителна за всички класове комутатори (с изключение може би на настолните комутатори, предназначени да работят в много малки мрежи).

За да поддържат SNMP управление, комутаторите имат модул за управление, който съдържа агент, който поддържа база данни с информация за управление. Този модул често се изпълнява на отделен мощен процесорза да не се забавят основните операции на комутатора.

Следене на трафика

Тъй като претоварването на портовите процесори и други обработващи елементи на комутатора може да доведе до падане на рамката, функцията за наблюдение на разпределението на трафика в мрежа, изградена на базата на комутатори, е много важна.

Ако обаче самият комутатор няма отделен агент за всеки от своите портове, тогава задачата за наблюдение на трафика, традиционно решавана в мрежи със споделени среди чрез инсталиране на външен анализатор на протоколи в мрежата, става много сложна.

Традиционно в традиционните мрежи анализатор на протоколи (като например Sniffer на Network General) се свързва към свободен порт на хъба и вижда целия трафик, преминаващ между всички възли в мрежата.

Ако анализаторът на протоколи е свързан към свободен порт на превключвателя, тогава той няма да види почти нищо, тъй като никой няма да изпраща кадри към него, нито рамки на други хора също няма да бъдат изпращани към неговия порт. Единственият тип трафик, който анализаторът ще види, е трафикът на излъчваните пакети, които ще бъдат предадени до всички мрежови възли. В случай, че мрежата е разделена на виртуални мрежи, анализаторът на протоколи ще вижда само излъчвания трафик на своята виртуална мрежа.

За да се гарантира, че анализаторите на протоколи все още могат да се използват в комутирани мрежи, производителите на комутатори оборудват своите устройства с възможността да отразяват трафика от всеки порт към специален порт. Анализатор на протоколи е свързан към специален порт и след това към комутатора се изпраща команда чрез неговия SNMP модул за управление, за да картографира трафика на който и да е порт към специален порт.

Наличието на функцията за дублиране на портове частично премахва проблема, но оставя някои въпроси. Например как да видите трафика на два порта едновременно или как да видите трафика на пълен дуплексен порт.

По-надежден начин за наблюдение на трафика, преминаващ през портовете на комутатора, е да замените анализатора на протокола с RMON MIB агенти за всеки порт на комутатора.

Агентът RMON изпълнява всички функции на добър анализатор на протоколи за протоколите Ethernet и Token Ring, като събира подробна информация за интензитета на трафика, различни видове лоши кадри и загубени кадри и независимо изгражда времеви серии за всеки заснет параметър. В допълнение, агентът RMON може независимо да изгражда матрици за кръстосан трафик между мрежови възли, които са много необходими за анализиране на ефективността на комутатора.

Тъй като RMON агент, който внедрява всичките 9 Ethernet обектни групи, е много скъп, доставчиците често внедряват само първите няколко RMON MIB обектни групи, за да намалят цената на комутатора.

Управление на виртуална мрежа

Виртуални мрежисъздават проблеми за традиционните системи за управление, базирани на SNMP, както при тяхното създаване, така и при наблюдението на тяхната работа.

Обикновено създаването на виртуални мрежи изисква специални софтуерпроизводител, който работи на платформа за контролна система като HP Open View. Самите платформи на системите за управление не могат да поддържат този процес, главно поради липсата на стандарт за виртуални мрежи. Надяваме се, че появата на 802.1Q ще промени ситуацията в тази област.

Мониторингът на виртуални мрежи също създава предизвикателства за традиционните системи за управление. Когато създавате мрежова карта, която включва виртуални мрежи, трябва да покажете както физическата структура на мрежата, така и нейната логическа структура, съответстваща на връзките на отделните виртуални мрежови възли. В същото време, по искане на администратора, системата за управление трябва да може да показва съответствието на логическите и физическите връзки в мрежата, тоест всички или отделни пътища на виртуални мрежи трябва да се показват на един физически канал.

За съжаление много системи за управление или изобщо не показват виртуални мрежи, или го правят по много неудобен за потребителя начин.

Типични приложения за превключване

Превключвател или хъб?

При изграждането на малки мрежи, които съставляват по-ниското ниво на йерархията на корпоративната мрежа, въпросът за използването на едно или друго комуникационно устройство се свежда до въпроса за избора между хъб или комутатор.

При отговора на този въпрос трябва да се вземат предвид няколко фактора. Разбира се, не малко значение има и цената на порта, която трябва да се плати при избора на устройство. От технически съображения, на първо място, е необходимо да се вземе предвид съществуването

разпределение на трафика между мрежовите възли. Освен това е необходимо да се вземат предвид перспективите за развитие на мрежата: дали в близко бъдеще ще се използват мултимедийни приложения, дали компютърната база ще бъде модернизирана. Ако да, то днес е необходимо да се осигурят резерви за честотната лента на използваното комуникационно оборудване. Използването на интранет технология също води до увеличаване на обема на трафика, циркулиращ в мрежата, и това също трябва да се вземе предвид при избора на устройство.

Когато избирате тип устройство - хъб или комутатор - трябва да определите и типа протокол, който неговите портове ще поддържат (или протоколи, ако въпросниятотносно комутатора, тъй като всеки порт може да поддържа различен протокол).

Днес изборът се прави между протоколи с две скорости - 10 Mb/s и 100 Mb/s. Следователно, когато сравнявате приложимостта на хъб или комутатор, трябва да вземете предвид опция за хъб с 10 Mbps портове, опция за хъб със 100 Mbps портове и няколко опции за комутатор с различни комбинации от скорости на портовете.

Чрез използване на техниката на матрицата на кръстосания трафик за анализиране на производителността на комутатор е възможно да се прецени дали комутатор с известен капацитет на портовете и обща пропускателна способност ще може да поддържа мрежов трафик, даден като матрица от средни скорости на трафик.

Нека сега разгледаме тази техника, за да отговорим на въпроса за приложимостта на комутатора в мрежа с един сървър и няколко работни станции, взаимодействащи само със сървъра. Тази мрежова конфигурация често се среща в мрежи с мащаб работна група, особено в мрежи на NetWare, където стандартните клиентски обвивки не могат да комуникират помежду си.

Матрицата на кръстосания трафик за такава мрежа има изродена форма. Ако сървърът е свързан, например, към порт 4, тогава само 4-ти ред на матрицата и 4-та колона на матрицата ще имат ненулеви стойности. Тези стойности съответстват на изходящия и входящия трафик на порта, към който е свързан сървърът. Следователно условията за приложимост на комутатора за дадена мрежа се свеждат до възможността за предаване на целия мрежов трафик през порта на комутатора, към който е свързан сървърът.

Ако комутаторът има всички портове с една и съща честотна лента, например 10 Mb / s, тогава в този случай честотната лента на порта от 10 Mb / s ще бъде разпределена между всички компютри в мрежата. Способността на комутатора да увеличава общата пропускателна способност на мрежата не е търсена за такава конфигурация. Въпреки микросегментирането на мрежата, нейната честотна лента е ограничена от честотната лента на протокола на един порт, както в случая на хъб с 10 Mbps портове. Малка печалба при използване на комутатор ще бъде постигната само чрез намаляване на броя на сблъсъци - вместо сблъсъци кадрите просто ще влязат в опашката към предавателя на порта на комутатора, към който е свързан сървърът.

За да може комутаторът да работи по-ефективно в мрежи със специален сървър, производителите на комутатори произвеждат модели с един високоскоростен 100 Mb/s порт за свързване на сървър и няколко нискоскоростни 10 Mb/s порта за свързване на работни станции. В този случай 100 Mb/s вече са разпределени между работните станции, което позволява да се обслужват 10 - 30 станции в режим без блокиране, в зависимост от интензивността на трафика, който генерират.

Въпреки това, хъб, който поддържа 100 Mbps протокол като Fast Ethernet, може да се конкурира с такъв превключвател. Неговата цена на порт ще бъде малко по-ниска от цената на порт на комутатор с един високоскоростен порт, а производителността на мрежата е почти същата.

Очевидно е, че изборът на комуникационно устройство за мрежа с отделен сървър е доста сложен. За да се вземе окончателно решение, трябва да се вземат предвид перспективите за развитие на мрежата във връзка с движението към балансиран трафик. Ако мрежата може скоро да има взаимодействие между работни станции или втори сървър, тогава изборът трябва да бъде направен в полза на превключвател, който може да поддържа допълнителен трафик, без да засяга основния.

Факторът разстояние също може да играе в полза на комутатора - използването на комутатори не ограничава максималния диаметър на мрежата до 2500 m или 210 m, които определят размера на домейна на колизия при използване на Ethernet и Fast Ethernet хъбове.

Суич или рутер?

При изграждането на горните, опорни нива на йерархията на корпоративната мрежа проблемът за избора се формулира по различен начин - суич или рутер?

Превключвателят прави прехвърлянето на трафик между мрежовите възли по-бързо и по-евтино, но рутерът по-интелигентно филтрира трафика при свързване на мрежи, като не предава ненужни или лоши пакети и също така надеждно защитава мрежите от излъчващи бури.

Поради факта, че комутаторите от корпоративен клас могат да поддържат някои функции на мрежовия слой, изборът все повече се прави в полза на комутатора. В този случай се използва и рутерът, но често остава в локалната мрежа в едно копие. Този рутер обикновено служи както за свързване на локалната мрежа с глобалните, така и за комбиниране на виртуални мрежи, изградени чрез комутатори.

В центъра на мрежи от сгради и етажи все повече се използват комутатори, тъй като само с тяхна употреба е възможно да се прехвърлят няколко гигабита информация в секунда на достъпна цена.

Линия, начертана до точка на превключвател

С цялото разнообразие от блокови схеми на мрежи, изградени върху комутатори, всички те използват две основни структури - гръбнак, начертан до точка, и разпределен гръбнак. Въз основа на тези основни структури след това се изграждат различни структури от специфични мрежи.

Сгънатият гръбнак е структура, в която възли, сегменти или мрежи са обединени във вътрешния гръбнак на комутатор.

Предимството на тази структура е високата производителност на линията. Тъй като за превключвателя, производителността на вътрешната шина или верига споделена памет, комбинирането на портови модули от няколко Gb/s не е необичайно, тогава гръбнакът на мрежата може да бъде много бърз и скоростта му не зависи от протоколите, използвани в мрежата, и може да бъде увеличена чрез замяна на един модел комутатор с друг.

Положителна черта на такава схема е не само високата скорост на гръбнака, но и неговата протоколна независимост. Във вътрешния гръбнак на комутатора данните от различни протоколи, като Ethernet, FDDI и Fast Ethernet, могат да се предават едновременно в независим формат. Свързването на нов възел с нов протокол често не изисква подмяна на комутатор, а просто добавяне на подходящ интерфейсен модул, който поддържа този протокол.

Ако само един възел е свързан към всеки комутационен порт в такава схема, тогава такава схема ще съответства на микросегментирана мрежа.

Разпределен гръбнак на комутатори

В мрежи от големи сгради или кампуси използването на срутена опорна структура не винаги е рационално или дори възможно. Тази структура води до разширени кабелни системи, които свързват крайните възли или комутатори на мрежи на работни групи с централен комутатор, чиято шина е гръбнакът на мрежата. Високата плътност на кабелите и тяхната висока цена ограничават използването на опорна мрежа от точка до точка в такива мрежи. Понякога, особено в кампус мрежи, просто не е възможно да се свържат всички кабели в една стая поради ограниченията на дължината на връзката, наложени от технологията (например всички реализации на LAN технологии с усукана двойка ограничават дължините на кабелите до 100 m).

Затова в локални мрежи, покриващи големи територии, често се използва друг вариант за изграждане на мрежа - с разпределен гръбнак.

Разпределеният гръбнак е споделен мрежов сегмент, който поддържа специфичен протокол, към който са свързани мрежови комутатори на работна група и отдел. В примера е изграден разпределен гръбнак на базата на двоен FDDI пръстен, към който са свързани етажни комутатори. Етажните комутатори имат голям брой Ethernet портове, чийто трафик се преобразува в трафик на FDDI протокол, докато се движи по гръбнака от етаж на етаж.

Разпределеният гръбнак опростява комуникациите между етажите, намалява разходите за окабеляване и преодолява ограниченията на разстоянието.

Въпреки това скоростта на магистралата в този случай ще бъде значително по-малка от скоростта на магистралата във вътрешната шина на комутатора. Освен това тази скорост е фиксирана и в момента не надвишава 100 Mb / s. Следователно, разпределен гръбнак може да се използва само когато има нисък интензитет на трафика между етажите или сградите.

Превключване на модели

Пазарът на превключватели днес е много обширен, така че в това резюмеще се спрем само на някои популярни модели превключватели от различни класове. Обикновено комутаторите се разделят основно на класове според техните области на приложение - комутатори за настолни компютри, комутатори за работни групи, комутатори на отдели и гръбнак (корпоративни комутатори). Всеки клас превключватели има свои собствени отличителни черти.

Настолни превключватели

♦ Фиксиран брой портове;

♦ Всички портове работят с еднаква скорост;

♦ Използват се за организиране на peer-to-peer връзки на високоскоростни работни станции;

♦ Режим на превключване - "в движение";

♦ Най-често не съдържат SNMP модул за управление, а също така не поддържат алгоритъма Spanning Tree.

Пример: 3Com LinkSwitch 500.

Превключватели на работни групи

♦ Имате поне 1 високоскоростен порт (FDDI, Fast Ethernet, ATM);

♦ Протоколи за излъчване;

♦ Обикновено се управлява от SNMP, поддържа алгоритъм Spanning Tree;

♦ Режим на превключване - с буфериране.

Примери: 3Com LinkSwitch фамилия (с изключение на модел 500), SMC TigerSwitch XE, Bay Networks Ethernet Workgroup Switch.

Комутатори за ведомства и центрове за данни

♦ Модулен дизайн;

♦ Поддръжка на множество протоколи;

♦ Вградена отказоустойчивост:

♦ резервни захранвания;

♦ модули за гореща смяна.

♦ Персонализирани филтри;

♦ Поддръжка на виртуални сегменти;

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

Гръбначни превключватели за сграда/кампус

♦ Същите функции като отделните превключватели;

♦ Шаси с голям брой слотове (10 - 14);

♦ Вътрешна честотна лента 1 - 10 Gb/s;

♦ Поддръжка на 1-2 протокола за маршрутизиране (локални интерфейси) за формиране на виртуални мрежи.

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

Catalyst комутатори на Cisco Systems

Превключвателят Catalyst 5000 е топ моделът от фамилията Catalyst. Това е модулна, многослойна комутационна платформа, която осигурява високо ниво на производителност, предоставяйки възможност за създаване на специализирани връзки в Ethernet мрежи със скорости от 10 и 100 Mbps, както и за организиране на взаимодействие с FDDI и ATM мрежи.

Шасито Catalyst 5000 има 5 слота. Един слот инсталира Supervisor Engine, който контролира достъпа до превключваема тъкан, която може да превключва повече от 1 милион пакета в секунда. Модулът поддържа функции за локално и отдалечено управление и има два Fast Ethernet порта, които могат да се използват за свързване на мрежови сървъри или каскадни устройства Catalyst 5000. Останалите конектори могат да се използват за инсталиране на следните модули:

♦ 24 10Base-T порта;

♦ 12 10Base-FL порта;

♦ 12 100Base-TX порта;

♦ 12 100Base-FX порта;

♦ 1 DAS CDDI/FDDI порт (не повече от 3 модула на шаси);

♦ 1 порт 155 Mb/s ATM (не повече от 3 модула на шаси).

Едно устройство Catalyst 5000 може да поддържа до 96 комутирани Ethernet порта и до 50 комутирани Fast Ethernet порта.

Виртуалната мрежа се поддържа както в рамките на едно устройство Catalyst 5000, така и в множество устройства на базата на свързване на портове. Можете да създадете до 1000 виртуални мрежи за множество устройства Catalyst 5000, свързани чрез Fast Ethernet, CDDI/FDDI или ATM интерфейси. Всеки Fast Ethernet интерфейс може да бъде конфигуриран като InterSwitch Link (ISL) интерфейс за поддръжка на множество виртуални мрежи. ISL интерфейсът е собствено решение на Cisco за предаване на информация между комутатори за виртуални мрежи.

Всички виртуални мрежи поддържат протокола IEEE 802.Id Spanning Tree за осигуряване на устойчиви на грешки връзки. Когато използвате интерфейса ATM за свързване на комутатори, виртуалната мрежа се поддържа въз основа на спецификацията LANE чрез виртуални връзки. Интерфейсът FDDI поддържа виртуални мрежи, използвайки спецификацията 802.10.

Отличителна черта на превключвателите Catalyst е внедряването на превключване на 3-то ниво на модела OSI, което ви позволява да комбинирате виртуални мрежи в рамките на устройството (това изисква допълнителен софтуер).

Модулът за управление на превключването поддържа три нива на опашки от кадри с различни приоритети, като приоритетите се присвояват на всеки порт поотделно. Това ви позволява ефективно да обслужвате мултимедиен трафик.

Голям буфер (192 KB на порт) осигурява съхранението и предаването на информация при пикови натоварвания.

Системата Catalyst 3000 е оригиналната реализация на стекова архитектура за комутатори. Тази архитектура се поддържа от два типа устройства:

♦ Превключвател Catalyst 3000 с 16 10Base-T порта, един AUI порт и два слота за разширение. Разширителните модули могат да имат или 1 100Base-TX порт, или 3 10Base-FL порта, или 4 10Base-T порта, или 1 ATM порт. Портът за наблюдение отразява всеки порт за данни към външен порт.

♦ Catalyst Matrix - 8-портова комутационна матрица, която може да се използва за подреждане на до 8 Catalyst 3000 комутатора, за да се създаде единичен комутационен център.

Превключвателите Catalyst 3000 се свързват към Catalyst Matrix чрез специални 280 Mbps портове. Производителността на шината на Catalyst Matryx е 3,84 Gb/s.

Превключвателят работи с IOS и използва два алгоритъма за превключване - cut-throw и store-and-forward.

Стекът Catalyst 3000 поддържа до 64 виртуални мрежи и ви позволява да филтрирате трафика по адрес на източник и дестинация. Максималният брой MAC адреси е до 10K на устройство.

Поддържат се алгоритъм Spanning Tree и SNMP управление.

Превключвател SMC EliteSwitch ES/1

SMC Corporation (сега част от Switch Division на Cabletron) проектира EliteSwitch ES/l като ефективен инструмент за изграждане на опорна мрежа със среден размер. Комутаторът ES/1 съчетава функциите на високопроизводителен Ethernet/Token Ring/FDDI комутатор и локален рутер за създаване на IP и IPX виртуални мрежи, базирани на виртуални комутирани работни групи. Така в едно устройство се комбинират функциите за превключване и работа в мрежа, необходими за изграждане на структурирана локална мрежа, базирана на вътрешна високоскоростна шина. Превключвателят също поддържа глобални връзки с топология от точка до точка чрез линии T1 / E1, което ви позволява да свържете няколко локални мрежи, изградени на негова основа, една с друга.

Превключвателят ES/1 използва технология за буферирано превключване, която му позволява да превежда протоколи на ниво връзка, да извършва персонализирано филтриране, събиране на статистически данни и локално маршрутизиране.

ES/1 организация на комутатора

SMC Modular Hub ES/1 е устройство тип шаси със задна комуникационна платка, на която е изградена вътрешна шина с пропускателна способност 800 Mb/s. Packet Processing Engine включва два процесорни модула, оборудвани с високопроизводителни RISC процесори AMD 29000. Единият от процесорите е предназначен за предаване на пакети (т.е. изпълнява комутационни функции), а другият извършва администрация - филтриране на портовете на концентратора в съответствие с въведените от администратора маски и контролира цялата логика на хъба. И двата процесора имат достъп до обща памет от 4 MB.

Както вече беше отбелязано, модулът за обработка на пакети на комутатора ES/1 е изграден върху двупроцесорна архитектура, като всеки от процесорите отговаря за собствените си функции. Ако обаче някой от тях се повреди, вторият процесор ще поеме всички функции на първия. В този случай комутаторът като цяло ще продължи да работи нормално, производителността му може само леко да намалее.

Адресната таблица на хъба може да съхранява до 8192 MAC адреса.

Софтуерът, управляващ работата на ES/1 хъба, е дублиран в две банки флаш памет. Първо, това ви позволява да надстроите нови версии на софтуера, без да спирате концентратора да изпълнява основните си функции за превключване на пакети, и второ, повреда при зареждане на нов софтуер от банката с флаш памет няма да доведе до повреда на концентратора, тъй като софтуерът от първия банката памет ще остане работеща и хъбът автоматично ще я рестартира.

Модулите за мрежова комуникация се вмъкват в слотовете на хъба, докато е внедрена plug-and-play технология за автоматично самоконфигуриране. Всеки модул е ​​оборудван със собствен RISC процесор, който преобразува входящите пакети във форма, независима от протокола (това означава, че се съхраняват само блокът от данни, адресите на местоназначението и източника и информацията за мрежовия протокол) и ги предава по-нататък по вътрешната шина към модула за обработка на пакети.

Отказоустойчивостта на модулите се осигурява от наличието във всеки един от тях на специален сензор, който изпраща предупреждение към конзолата на оператора, когато температурата достигне критично ниво. Това може да се случи например поради прах във въздушните филтри. Ако температурата продължи да се покачва и надвиши втората прагова стойност, модулът автоматично се изключва от захранването, за да се предотврати повреда на елементната база. Когато температурата спадне, модулът автоматично ще продължи да работи.

Важна характеристика на концентратора ES/1 е вградената система за защита срещу "бури" на излъчвани пакети (broadcast storm). Софтуерът на концентратора ES/1 ви позволява да зададете ограничение за честотата на пристигане на такива пакети на всеки порт на концентратора, ако то бъде превишено, разпръскваните пакети вече не се предават към други мрежови сегменти, което ги поддържа оперативни.

Филтриране и виртуални работни групи

Използвайки механизма за маскиране на портове, администраторът може да създава виртуални работни групи за защита срещу неоторизиран достъп и подобряване на LAN производителността чрез преразпределение на информационните потоци.

Филтрирането може да бъде активирано за входящи и/или изходящи пакети, по MAC адрес или по целия сегмент и т.н. Общо маската може да съдържа до 20 условия, комбинирани от булеви операнди „И“ и „ИЛИ“. Ясно е, че всеки пакет, пристигащ на порта на комутатора, трябва да бъде допълнително проверен за съответствие с условията на филтриране, което изисква допълнителни изчислителни ресурси и може да доведе до влошаване на производителността. Фактът, че в ES/1 единият от двата процесора е предназначен за проверка на условията за филтриране, гарантира, че превключвателят поддържа висока производителност с маски, въведени от администратора.

Наред с повредите на оборудването грешките на оперативния персонал могат да нарушат правилната работа на LAN. Затова специално отбелязваме още един интересен режим на виртуално филтриране на превключвателя ES/1. В този режим филтрирането не е активирано физически, но се събира статистика за пакети, които отговарят на условията за филтриране. Това позволява на LAN администратора да предвиди действията си предварително, преди филтрите да бъдат физически включени.

ES/1 хъб комуникационни модули

ES/1 поддържа до пет модула. Можете да изберете произволна комбинация от модули за Ethernet, Token Ring и FDDI, както и високоскоростни T1/E1 и T3/E3 линии. Всички модули, включително захранванията, могат да се сменят без прекъсване на захранването и изключване на централното устройство. Всеки модул поддържа набор от конфигурируеми параметри за подобряване на управляемостта и събиране на статистика.

♦ QEIOM (Quad Ethernet I/O модул)

Към този модул могат да бъдат свързани до четири независими Ethernet сегмента. Всеки сегмент може да предава и получава информация при типична Ethernet пропускателна способност от 14880 пакета в секунда. ES/1 осигурява свързаност между тези четири сегмента като мостове и рутери, както и с останалата част от мрежата. Тези модули се предлагат с различни видове конектори: AUI, BNC, RJ-45 (усукана двойка) и ST (оптичен кабел).

♦ QTIOM (Token Ring I/O модул)

Чрез модула QTIOM се свързват до четири 4 или 16 Mbps Token Ring мрежи. Модулът поддържа всички основни мрежови протоколи на Token Ring - IBM Source Routing, Transparent Bridging и Source Routing Transparent - и осигурява "прозрачно" взаимодействие на мрежи Token Ring с мрежи от други типове, като Ethernet или FDDI. Модулът се предлага във версии с екранирана и неекранирана усукана двойка.

♦ IFIOM (интелигентен двоен прикрепен FDDI I/O модул)

Модулът IFIOM свързва оптичния сегмент на FDDI мрежата към ES/1 и осигурява прозрачна комуникация между различни видовемрежи. Той поддържа всички функции на FDDI станция с двойна прикрепена станция. Този модул също поддържа външен оптичен байпасен превключвател, който осигурява повишена устойчивост на мрежата в случай на ES/1 отказ. Предлага се в различни модификации: за едномодови и многомодови влакна и в техните комбинации.

♦ CEIOM24 (24-портов концентратор Ethernet I/O модул)

Този модул включва 24-портов Ethernet хъб с усукана двойка. Той увеличава производителността на мрежата на цена, по-ниска от тази на сравнимо външно устройство. Неговите портове са групирани в един независим Ethernet сегмент и взаимодействат с други модули чрез ES/1 суич/рутер.

♦ SHOM (високоскоростен сериен интерфейс I/O модул)

NUM ви позволява да свързвате мрежи към отдалечени LAN чрез високоскоростни комуникационни линии, използвайки протокола HSSI при скорости до 52 Mb / s. PPP протоколът се поддържа.

SNMP управляемост

Модулният хъб ES/1 може да се управлява от всеки стандартна системауправление, базирано на HaSNMP-npo-tocol, включително: HP OpenView, IBM NetView/6000, Sun NetManager и др. За графично представяне на предния панел на хъба към изброените са добавени специални софтуерни модули от SMC от семейството EliteView конзоли за управление. Освен това има Windows версия на софтуер за наблюдение и контрол: EliteView за Windows.

Типични модели на използване на концентратор ES/1

♦ Създаване на изроден гръбнак (свит гръбнак)

Изроденият гръбнак вътре в комутатора се използва в големи корпоративни мрежи. Няколко големи сегмента от локалната мрежа са свързани към портовете на хъба, чиято шина в този случай действа като основен гръбнак с пропускателна способност от стотици Mb / s. Този подход дава възможност да се увеличи честотната лента на мрежата няколко пъти в сравнение с традиционното използване на мостове във всеки мрежов сегмент. В същото време значително се увеличават възможностите за централизирано управление на всички елементи на корпоративната мрежа.

♦ Специализиран Ethernet канал

Тази схема за свързване на устройства към портовете на комутирани хъбове най-често се използва за създаване на високоскоростен гръбнак (с гарантирана пропускателна способност от 10 Mb / s) между хъба и сървър на локална мрежа (обикновено файлов сървър или сървър на база данни) . Модулните хъбове позволяват организиране, ако е необходимо, свързване на сървъра чрез високоскоростен FDDI или Fast Ethernet канал.

♦ Превключване на излъчване

Превключването в ES/1 се основава на технологията Synchronous Protocol Independent, която поддържа основните технологии на локалните мрежи, позволявайки транслация между рамки с различни формати. Следователно превключвателят ES/1 може да се използва за свързване на мрежи от различни типове - Ethernet, Token Ring, FDDI, като преводът се извършва със скоростта на превключване и не създава задръствания на трафика по време на междумрежови предавания.

♦ Формиране на виртуални групи

По подразбиране комутаторът работи в мостов режим, като изучава трафика, преминаващ през неговите портове, и изгражда таблица с адреси на сегменти. С помощта на софтуера EliteView администраторът може да дефинира в удобна графична форма състава на виртуални работни групи, които ще включват или локални сегменти, ако хъб или Ethernet сегмент на коаксиален кабел е свързан към ES / 1 порта, или индивидуални работни станции, ако са свързани към порта, индивидуално предназначен канал. Виртуалните работни групи могат да включват различни портове на един или повече ES/1 комутатори.

♦ Виртуални мрежи

Наред с формирането на виртуални изолирани работни групи, които защитават данните и локализират трафика, много полезна функция на превключвателя е възможността за комбиниране на тези групи в интернет чрез вътрешно маршрутизиране на пакети между виртуални сегменти, които се декларират като виртуални мрежи (IP или IPX ). В този случай предаването на пакети между портове, принадлежащи към една и съща мрежа, е бързо въз основа на превключване на пакети, докато пакетите, предназначени за друга мрежа, се маршрутизират. По този начин се осигурява взаимодействие между виртуални работни групи и в същото време се изпълняват всички функции за защита на мрежите една от друга, осигурени от рутери.

3Com LAN комутатори

3Com има силна позиция на пазара на комутатори с широка гама от суичове за всички приложения.

Секторът за превключване на работния плот и работната група е представен от фамилията Link Switch. Комутаторите за ведомствени мрежи и опорните комутатори са представени от семейството LANplex. За ATM мрежи компанията произвежда комутатори от семейството CELLplex.

Технологията за превключване е неефективна, без да се разчита на специализирани LSI - ASIC, които са оптимизирани за бързо изпълнение на специални операции. 3Com изгражда своите превключватели около няколко ASIC, предназначени да превключват специфични протоколи.

♦ ASIC ISE (Intelligent Switching Engine) е проектиран да изпълнява Ethernet и FDDI комутационни операции, както и да поддържа функции за маршрутизиране и управление. Използва се в комутатори LANplex 2500, LANplex 6000 и LinkSwitch 2200.

♦ ASIC TRSE (Token Ri lg Switching Engine) извършва превключване на Token Ring мрежи. Използва се в комутатори LinkSwitch 2000 TR и LANplex 6000.

♦ ASIC BRASICA изпълнява Ethernet/Fast Ethernet комутация. Поддържа виртуална мрежова технология и спецификацията RMON. Използва се в превключватели LinkSwitch 1000 и LinkSwitch 3000.

♦ ZipChip ASIC поддържа ATM превключване, както и преобразуване на Ethernet рамка към ATM клетка, използвано в комутаторите CELLplex 7000 и LinkSwitch 2700.

Превключвателят LANplex 6012 е LAN превключвател от най-висок клас, предназначен да работи на ниво гръбнак на корпоративната мрежа.

Структурата на комутатора все още издава ориентацията на ранните му версии към FDDI/Ethernet комутация. Преди появата на модули, обърнати към високоскоростната, независима от протокол HSI шина, комутаторът използва FDDI шини за междумодулна комуникация.

Основни характеристики на комутатора LANplex 6012:

♦ Устройство за управление (отделен модул) поддържа SNMP, RMON и FDDI SMT;

♦ Виртуалните мрежи се създават на базата на:

♦ групиране на пристанища;

♦ Групиране на MAC адреси.

♦ Поддържа IP и IPX маршрутизиране (RIP):

♦ множество подмрежи на порт;

♦ множество портове на подмрежа.

♦ IP фрагментация;

♦ ASIC+RISC процесори;

♦ Функцията Roving Analysis Port ви позволява да наблюдавате трафика на всеки порт на комутатора;

♦ Поддръжка на Spanning Tree алгоритъм;

♦ Филтриране на излъчване на буря.

Примери за LAN ATM комутатори 3Com CELLplex комутатори

Суичът CELLplex 7000 е модулен суич, базиран на шаси, който превключва до 16 ATM порта (4 модула по 4 порта). Той е проектиран да образува високоскоростна АТМ мрежова опора чрез свързване към други АТМ комутатори или за свързване на високоскоростни АТМ възли.

към опорна мрежа от точка до точка, базирана на център за данни с ATM порт.

Превключващият център осигурява 16x16 комуникация, използвайки неблокираща технология за превключване в движение с обща честотна лента от 2,56 Gb/s и поддържа до 4096 виртуални вериги на порт.

Пасивната вътрешна шина на превключвателя осигурява скорост на трансфер на данни до 20,48 Gb/s, което позволява бъдещи преходи към интерфейсни модули с повече или по-бързи портове.

Напълно резервирано шаси с двойно захранване, двоен превключващ център и модулен дизайн правят превключвателя CELLplex 7000 устойчиво на грешки устройство, подходящо за изграждане на гръбнак на мрежата и отговарящо на изискванията на най-критичните приложения.

Има два вида интерфейсни модули:

♦ модул с 4 порта OC-3s 155 Mbps за многомодов оптичен кабел, предназначен за местни връзки;

♦ модул с 4 порта DS-3 45 Mbps - за глобални комуникации.

Комутаторът поддържа основните спецификации на ATM технологията: установяване на комутирани виртуални вериги (SVC) съгласно спецификациите UNI 3.0 и 3.1, поддръжка на постоянни виртуални вериги (PVC), използвайки системата за управление, Interim Interswitch Signaling Protocol (IISP), LAN емулация, управление на претоварване управление.

Управлението на превключвателите е внедрено за стандарти: SNMP, ILMI, MIB 2, ATM MIB, SONET MIB. Използва се система за управление Transcend.

Суичът CELLplex 7200 съчетава функциите на ATM комутатор и Ethernet комутатор, като същевременно елиминира тесните места в гръбнака на мрежата и в мрежите на отделите.

CELLplex 7200 осигурява пълноскоростни Ethernet връзки за споделени LAN сегменти, сървъри и отделни работни станции, изискващи повишена производителност.

В допълнение, превключвателят може да бъде конфигуриран с ATM портове за свързване към превключватели на работни групи, ATM сървъри и работни станции и за свързване към ATM гръбнака на мрежата.

ATM превключващият център (8x8) е комбиниран с Ethernet/ATM превключващ процесор на ZipChip чип. ZipChip преобразува Ethernet пакети данни в стандартни ATM клетки и след това ги превключва със скорост до 780 000 клетки в секунда.

За разлика от модела CELLplex 7000, моделът CELLplex 7200 има не два, а четири вида интерфейсни модули:

♦ модул с два ATM порта OS-3s;

♦ модул с два DS-3 порта;

♦ модул с 12 Ethernet порта и един OS-3s ATM порт;

♦ модул с 12 Ethernet порта и един ATM DS-3 порт.

Останалите характеристики на комутаторите CELLplex 7200 и CELLplex 7000 са почти еднакви.

Bay Networks LattisCell и EtherCell ATM технологични комутатори

Семейството продукти, разработено от Bay Networks за ATM технология, се състои от LattisCell комутатори (само ATM комутация), EtherCell комутатор (Ethernet-ATM комутация), ATM Connection софтуер система за управлениеи приложен софтуер за управление на мрежата на ATM.

Налични са няколко модела ATM комутатори, всеки от които осигурява специфична комбинация от физически слоеве, медии и възможности за резервиране на мощност.

Превключвателят EtherCell е проектиран да елиминира тесните места в LAN работни групи, използвайки традиционната Ethernet споделена медия. С този ключ можете да разтоварите комуникационните линии със сървъри и рутери. Модел 10328 EtherCell има 12 10Base-T порта и директен достъп до ATM мрежата. Ethernet портовете могат да осигурят 10 Mb/s специална честотна лента чрез тяхното превключване.

Софтуерът ATM Connection Management System (CMS) се намира на SunSPARCStation и изпълнява функциите за координиране и управление на връзките на комутатора. CMS автоматично научава мрежовата топология и установява виртуални ATM връзки между взаимодействащи си станции.

Софтуерът за приложение за управление на мрежата на ATM, работещ във връзка с CMS, управлява ATM мрежата в централна станция за управление.

Моделът ATM комутатор LattisCell 10114A е предназначен за използване в кампус мрежи (разстоянието между комутаторите е до 2 км) и представлява устройство, направено под формата на самостоятелен корпус с фиксиран брой портове, чийто брой е 16. Всеки порт осигурява пропускателна способност от 155 Mb/s по многомодов оптичен кабел. Функции физически слойизпълнен в съответствие с SONET / SDH 155 Mb / s, както и UNI 3.0

Архитектурата FastMatrix осигурява обща вътрешна скорост на данни от 5 Gb/s, което позволява всички портове да бъдат превключвани без блокиране. Поддържат се функции за излъчване и мултикаст.

Заявка за връзка може да бъде направена за различни нива на качество на услугата (QoS):

♦ QoS 1 - използва се за CBR услуга (постоянен битрейт);

♦ QoS 2 - използва се за услуга VBR RT (Variable Bit Rate Real Time Applications);

♦ QoS 3/4 - използва се за услугата VBR, предназначена за пренос на данни на локални мрежи в процедури, ориентирани към връзка и без връзка;

♦ QoS 0 - използва се за UBR услуга.

Устройството се управлява и с помощта на софтуерната система CMS, която изисква: SunSPARCStation 2 или по-висока, Sun OS 4.1.3 или по-нова за неспециализирана Ethernet връзка или Solaris 2.4 за директна връзка с банкомат.

Други модели комутатори LattisCell (10114R, 10114A-SM, 10114R-SM, 10114R-SM, 10114-DS3, 10114-ЕЗ, 10115A, 10115R) се различават по наличието на резервно захранване, както и по вида на портовете ( общият брой портове във всеки модел е 16). В допълнение към многомодовите портове, комутаторите могат да имат едномодови оптични портове (за мрежи до мпуси с разстояние до 25 km), както и портове за коаксиален кабел с DS-3 (45 Mb / s) и E3 (34 Mb/s) интерфейси за връзки към глобални мрежи чрез TK/EZ линии.

Моделите комутатори EtherCell (10328-F и 10328-SM) осигуряват Ethernet-Ethernet и Ethernet-ATM комутация. Тези модели имат 12 10Base-T RJ-45 порта и един 10 Mbps директен ATM порт. 10Base-T портовете могат да се използват за осигуряване на пълна наета линия от 10 Mb/s за високоскоростни сървъри или за разделянето й между сегмент на станция на работна група.

EtherCell 10328-F поддържа многомодов оптичен кабел за достигане до ATM мрежа до 2 км.

EtherCell 10328-SM поддържа едномодов оптичен кабел за достигане до ATM мрежа до 20 km.

Суичовете поддържат стандарта за емулация на LAN, който дефинира взаимодействието на локални мрежи с ATM мрежи на ниво протоколи на ниво връзка. Освен това се поддържат спецификациите UNI, M1B-P, EtherCell-MIB и стандартният MIB формат от Bay Networks.

Чрез ATM порта EtherCell комутаторите могат да се свържат към SONET/SDH порта на LattisCell комутатора.

EtherCell комутаторите включват HSA (Host Signaling Agent), който действа като прокси за Ethernet хостове.

EtherCell комутаторите поддържат формирането на виртуални групи, разпределени по ATM гръбнака на мрежата, образувана от LattisCell комутаторите.

Комутатор Cisco LightStream 1010

Превключвателят LightStream 1010 е ATM превключвател за опорни ведомствени или кампус мрежи.

Превключвателят има обща производителност от 5 Gb / s и е базиран на шаси с 5 слота.

Централният слот съдържа ATM Switch Processor (ASP), който има 5 Gb/s споделена памет, напълно неблокираща комутационна тъкан и високопроизводителен MIPS R4600 100 MHz RISC процесор. ASP модулът работи под контрола на операционната система на шлюза. iOS системи, както и рутери и суичове от по-стари модели на Cisco. Софтуерът на ASP модула може да бъде сменен „в движение“, т.е. без да се изключва комутаторът, което е важно предвид често променящите се спецификации на ATM Forum.

Останалите 4 слота се използват за инсталиране на CAM интерфейсни модули, всеки от които може да инсталира до 2 RAM порт адаптерни модула. По този начин комутаторът може да има до 8 RAM модула в максимална конфигурация от следния набор:

♦ 1 ATM 622 Mb/s (OS12) (единичен режим);

♦ 1 ATM 622 Mbps (OS 12) (многомодов);

♦ 4 x ATM 155 Mbps (OSZs) (единичен режим);

♦ 4 ATM 155 Mbps (OSZs) порта (мултимодов);

♦ 4 ATM порта 155 Mb/s (OSZs) (през неекранирана усукана двойка UTP Cat 5);

♦ 2 x DS3/T3 45 Mbps;

♦ 2 E3 порта 34 Mb/s.

Комутаторът LightStream 1010 е един от първите комутатори в индустрията, които поддържат спецификацията за маршрутизиране на фаза 1 на PNNI, необходима за маршрутизиране на комутирани връзки (SVC) през хетерогенни ATM мрежи въз основа на изискваното качество на услугата.

Поддържат се всички видове трафик, дефинирани от ATM Forum, включително ABR.

Връзките от потребител към превключване използват протокола UNI 3.0 (поддръжката на UNI 3.1 също се очаква скоро).

Превключвателят LightStream 1010 може да действа като централен превключвател в мрежа на кампус.

Тестове за превключване

Тъй като комутаторите непрекъснато разширяват полето си на действие, интересът към тях от различни тестови лаборатории не намалява. Основно тестван различни характеристикипроизводителност за типични мрежови конфигурации.

Продължаващите тестове са интересни в две отношения. Първо, самите резултати от теста са интересни, въпреки че в никакъв случай не могат да бъдат абсолютизирани. Ако един комутатор превъзхожда друг по определен показател при определени условия с 10% или 20%, това изобщо не означава, че при други условия вторият комутатор няма да се покаже по-добре с 15%. В същото време значително изоставане от общата маса на моделите на всеки комутатор трябва да предупреждава потенциалните му купувачи.

Второ, създадените тестови условия са интересни, тъй като те обикновено се избират въз основа на опита от експлоатацията на превключвателите и съответстват на най-трудните режими на тяхната работа.

По-долу са описани условията и резултатите от тестовете на превключвателите, проведени съвместно от тестовата лаборатория Data Communication и European Network Labs. След получаване на първите резултати от тестовете те бяха обсъдени с представители на фирми производители, в резултат на което бяха направени промени в софтуера на някои модели, които подобриха работата им в специфичните условия на тестовете.

Комутаторите бяха тествани в конфигурация на разпределена гръбначна мрежа, където голям брой 10 Mbps Ethernet портове комуникират през бърз Ethernet или FDDI гръбнак.

Натоварването на мрежата беше създадено от два генератора на трафик Smartbits Advanced SMB100, които изпратиха трафик към 20 Ethernet порта на всеки от двата тествани образци на комутатора. Трафикът, изпратен до всеки входен порт, беше насочен през този порт към останалите 39 превключвателни порта с еднаква вероятност при всички тестове, с изключение на теста за забавяне на вмъкването, където трафикът просто беше прекаран в една посока през гръбнака. Използвани са кадри с минимален размер от 64 байта всеки.

Генераторите на трафик преброиха броя кадри, достигнали до порта на местоназначението, и въз основа на тези данни бяха изчислени количествени оценки на качеството на предаване на трафика от комутаторите.

Първият тест тества способността на комутатора да предава кратки поредици от трафик без загуба.

Експериментални условия: поредица от 24 кадъра на порт, пауза от 1 секунда, поредица от 62 кадъра на порт, пауза от 1 секунда и т.н., докато увеличавате размера на поредицата до 744 кадъра. Всеки пакет генерира 100% натоварване на всеки от 40 тествани Ethernet порта.

Резултати от тестовете

По време на първите тестове комутаторът LANplex загуби доста голям процент кадри, след което специалистите на 3Com направиха корекции в софтуера си и увеличиха степента на агресивност на портовете на комутатора. В резултат на това превключвателят спря да губи кадри.

Вторият тест тества максималната производителност на превключване на порт при 100% периодично натоварване на порта.

Експериментални условия: генериран е пакет от 24 кадъра за всеки порт и е измерена максималната скорост на доставяне на кадъра до целевия порт.

Резултати от тестовете

Превключвателят Catalist 5000 показа най-добри резултати, предавайки почти 5000 кадъра в секунда при максималната теоретично възможна пропускателна способност от 7440 кадъра в секунда (взети са предвид само кадрите, получени по-късно). Значителното намаляване на реалната пропускателна способност в сравнение с максимално възможната отразява трудността, която комутаторът изпитва при полудуплексна работа, като едновременно предава и получава рамки. Превключвателят LANplex изостава донякъде от лидера, което тестерите приписват на твърде високото ниво на агресивност, настроено за предотвратяване на падане на рамката. Това ниво "забавя" крайния възел твърде много, като му пречи да развие по-висока скорост на издаване на кадри към мрежата.

Третият тест оценява забавянето, въведено от превключвателя при предаване на рамка през гръбнака

Експериментални условия: Постоянен еднопосочен поток от кадри през гръбнака. Беше измерено времето между пристигането на първия бит от рамката на входния Ethernet порт на първия комутатор и появата на първия бит от същата рамка на изходния Ethernet порт на втория комутатор.

Резултати от тестовете

Комутатори, които използват FDDI пръстен като гръбнак, въведоха по-висока латентност в сравнение с комутаторите, свързани през гръбнака на Fast Ethernet. Това не е изненадващо, тъй като във втория случай не са преведени кадри.

Въпреки че всички превключватели имат много общо, има смисъл да ги разделим на два класа, предназначени да решават различни проблеми.

Превключватели на работни групи

Комутаторите за работни групи осигуряват специална честотна лента при свързване на всяка двойка възли, свързани към портовете на комутатора. Ако портовете имат еднаква скорост, получателят на пакета трябва да е свободен, за да избегне блокиране.

Поддържайки поне толкова адреси на порт, колкото могат да присъстват в даден сегмент, комутаторът осигурява 10 Mbps специална честотна лента на порт. Всеки порт на комутатора е свързан с уникален адрес на Ethernet устройството, свързано към този порт.

Физическата връзка от точка до точка между превключватели на работна група и 10Base-T възли обикновено се осъществява с неекраниран кабел с усукана двойка и 10Base-T съвместимо оборудване е инсталирано в мрежовите възли.

Суичовете за работни групи могат да работят при 10 или 100 Mbps за различни портове. Тази функция намалява нивото на блокиране при опит за установяване на множество 10 Mbps клиентски връзки на един и същ високоскоростен порт. В работните групи клиент-сървър множество 10 Mbps клиенти имат достъп до сървър, свързан към 100 Mbps порт. В примера, показан на Фигура 8, три 10 Mbps възела имат достъп до сървъра едновременно на 100 Mbps порт. От честотната лента от 100 Mbps, налична за достъп до сървъра, се използват 30 Mbps, а 70 Mbps са налични за едновременно свързване на още седем устройства с 10 Mbps към сървъра чрез виртуални вериги.

Многоскоростната поддръжка е полезна и за групиране на Ethernet комутатори, използващи 100 Mbps Fast Ethernet (100Base-T) хъбове като локални гръбнаци. В конфигурацията, показана на фигура 9, 10 Mbps и 100 Mbps комутатори са свързани към 100 Mbps хъб. Локалният трафик остава в рамките на работната група, а останалата част от трафика се изпраща към мрежата през 100 Mbps Ethernet хъб.

За да се свържете към 10 или 100 Mbps повторител, комутаторът трябва да има порт, способен да обработва голям брой Ethernet адреси.

Основното предимство на комутаторите за работни групи е високата производителност на мрежата на ниво работна група, като предоставя на всеки потребител специална честотна лента на канала (10 Mbps). В допълнение, превключвателите намаляват (до нула) броя на сблъсъци - за разлика от основните превключватели, описани по-долу, превключвателите на работните групи няма да предават фрагменти от сблъсък на получателите. Превключвателите на работни групи ви позволяват напълно да запазите мрежовата инфраструктура от страна на клиента, включително програми, мрежови адаптери, кабели. Цената на комутаторите за работни групи днес е сравнима с портовете на управляваните хъбове.

Гръбначни превключватели

Основните комутатори осигуряват средноскоростна връзка между двойка неактивни Ethernet сегменти. Ако скоростите на портовете за подателя и получателя са еднакви, целевият сегмент трябва да е свободен, за да се избегне блокиране.

На ниво работна група всеки възел споделя 10 Mbps честотна лента с други възли в същия сегмент. Пакет, предназначен извън тази група, ще бъде препратен от опорния превключвател, както е показано на Фигура 10. Основният превключвател осигурява едновременно предаване на пакети с медийна скорост между всяка двойка от неговите портове. Подобно на комутаторите за работни групи, опорните комутатори могат да поддържат различни скорости за своите портове. Backbone комутаторите могат да работят с 10Base-T сегменти и сегменти, базирани на коаксиален кабел. В повечето случаи опорните комутатори осигуряват по-лесен и по-ефективен начин за подобряване на производителността на мрежата от рутерите и мостовете.

Основният недостатък при работа с опорни комутатори е, че на ниво работна група потребителите работят със споделена среда, ако са свързани към сегменти, организирани на базата на повторители или коаксиален кабел. Освен това времето за реакция на ниво работна група може да бъде доста дълго. За разлика от хостовете, свързани към комутационни портове, хостовете на 10Base-T или коаксиални сегменти не са гарантирани 10 Mbps честотна лента и често трябва да изчакат, докато други хостове приключат с предаването на своите пакети. На ниво работна група сблъсъците все още се запазват и фрагменти от пакети с грешки ще бъдат препратени към всички мрежи, свързани към гръбнака. Тези недостатъци могат да бъдат избегнати, ако комутаторите се използват на ниво работна група вместо 10Base-T хъбове. В повечето ресурсоемки приложения 100 Mbps комутатор може да действа като високоскоростен гръбнак за работни групови комутатори с 10 и 100 Mbps портове, 100 Mbps хъбове и хостинг сървъри ethernet адаптери 100 Mbps.

Сравнение на характеристиките

Основните свойства на Ethernet комутаторите са показани в таблицата:

Предимства на Ethernet комутаторите

Основните предимства на използването на Ethernet комутатори са изброени по-долу:
Увеличете производителността с високоскоростни връзки между Ethernet сегменти (основни превключватели) или мрежови възли (превключватели на работни групи). За разлика от споделената Ethernet среда, комутаторите позволяват интегрираната производителност да нараства с добавянето на потребители или сегменти към мрежата.
Намалени сблъсъци, особено когато всеки потребител е свързан към различен порт на комутатора.
Минимизирайте разходите за мигриране от споделена към комутирана среда, като запазите съществуващата 10 Mbps Ethernet инфраструктура (кабели, адаптери, софтуер).
Увеличете сигурността, като препращате пакети само към порта, към който е свързана дестинацията.
Ниска и предвидима латентност поради факта, че лентата се споделя от малък брой потребители (в идеалния случай един).

Сравнение на мрежови устройства

Ретранслатори

Ethernet повторителите, в контекста на 10Base-T мрежите, често наричани хъбове или хъбове, работят в съответствие със стандарта IEEE 802.3. Ретранслаторът просто препраща получените пакети към всички свои портове, независимо от дестинацията.

Въпреки че всички устройства, свързани към Ethernet повторителя (включително други повторители), "виждат" целия мрежов трафик, само възелът, към който е адресиран, трябва да получи пакета. Всички други възли трябва да игнорират този пакет. някои мрежови устройства (например анализатори на протоколи) работят въз основа на това, че мрежовата среда (като Ethernet) е публична и анализират целия мрежов трафик. За някои среди обаче способността на всеки възел да вижда всички пакети е неприемлива от съображения за сигурност.

От гледна точка на ефективността повторителите просто предават пакети, използвайки цялата честотна лента на връзката. Закъснението, въведено от повторителя, е много малко (в съответствие с IEEE 802.3 - по-малко от 3 микросекунди). Мрежите, съдържащи повторители, имат 10 Mbps честотна лента като коаксиален кабелен сегмент и са прозрачни за повечето мрежови протоколи като TCP/IP и IPX.

Мостове

Мостовете работят в съответствие със стандарта IEEE 802.1d. Подобно на Ethernet комутаторите, мостовете са независими от протокола и препращат пакети към порта, към който е свързана дестинацията. Въпреки това, за разлика от повечето Ethernet комутатори, мостовете не препращат фрагменти от пакети при сблъсъци или пакети за грешка, тъй като всички пакети се буферират, преди да бъдат препратени към целевия порт. Буферирането на пакети (store-and-forward) въвежда забавяне в сравнение с превключването в движение. Мостовете могат да осигурят производителност, равна на пропускателната способност на средата, но вътрешното блокиране ги забавя донякъде.

Рутери

Работата на рутерите зависи от мрежовите протоколи и се определя от свързаната с протокола информация, пренасяна в пакета. Подобно на мостовете, рутерите не препращат фрагменти от пакети към дестинацията, когато възникнат сблъсъци. Рутерите съхраняват целия пакет в паметта си, преди да го препратят към дестинацията, следователно, когато използват рутери, пакетите се предават със закъснение. Рутерите могат да осигурят честотна лента, равна на честотната лента на връзката, но се характеризират с наличието на вътрешно блокиране. За разлика от повторителите, мостовете и комутаторите, рутерите променят всички предавани пакети.

Резюме

Основните разлики между мрежовите устройства са показани в таблица 2.