Виды коммутаторов. Начальная настройка коммутатора Классификация коммутаторов по возможности управления

Как выбрать коммутатор при существующеи разнообразии? Функциональность современных моделей очень разная. Можно приобрести как простейший неуправляемый свитч, так и многофункциональный управляемый коммутатор, немногим отличающийся от полноценного роутера. В качестве примера последнего можно привести Mikrotik CRS125-24G-1S-2HND-IN из новой линейки Cloud Router Switch. Соответственно, и цена таких моделей будет гораздо выше.

Поэтому при выборе коммутатора прежде всего нужно определиться, какие из функций и параметров современных свитчей вам необходимы, а за какие не стоит переплачивать. Но сначала - немного теории.

Виды коммутаторов

Однако если раньше управляемые коммутаторы отличались от неуправляемых, в том числе, более широким набором функций, то сейчас разница может быть только в возможности или невозможности удаленного управления устройством. В остальном - даже в самые простые модели производители добавляют дополнительный функционал, частенько повышая при этом их стоимость.

Поэтому на данный момент более информативна классификация коммутаторов по уровням.

Уровни коммутаторов

Для того, чтобы выбрать коммутатор, оптимально подходящий под наши нужды, нужно знать его уровень. Этот параметр определяется на основании того, какую сетевую модель OSI (передачи данных) использует устройство.

Устройства первого уровня , использующие физическую передачу данных, уже практически исчезли с рынка. Если кто-то еще помнит хабы - то это как раз пример физического уровня, когда информация передается сплошным потоком.
Уровень 2 . К нему относятся практически все неуправляемые коммутаторы. Используется так называемая канальная сетевая модель. Устройства разделяют поступающую информацию на отдельные пакеты (кадры, фреймы), проверяют их и направляют конкретному девайсу-получателю. Основа распределения информации в коммутаторах второго уровня - MAC-адреса. Из них свитч составляет таблицу адресации, запоминая, какому порту какой MAC-адрес соответствует. IP-адреса они не понимают.

Уровень 3 . Выбрав такой коммутатор, вы получаете устройство, которое уже работает с IP-адресами. А также поддерживает множество других возможностей работы с данными: преобразование логических адресов в физические, сетевое протоколы IPv4, IPv6, IPX и т.д., соединения pptp, pppoe, vpn и другие. На третьем, сетевом уровне передачи данных, работают практически все маршрутизаторы и наиболее "продвинутая" часть коммутаторов.

Уровень 4 . Сетевая модель OSI, которая здесь используется, называется транспортной . Даже не все роутеры выпускаются с поддержкой этой модели. Распределение трафика происходит на интеллектуальном уровне - устройство умеет работать с приложениями и на основании заголовков пакетов с данными направлять их по нужному адресу. Кроме того, протоколы транспортного уровня, к примеру TCP, гарантируют надежность доставки пакетов, сохранение определенной последовательности их передачи и умеют оптимизировать трафик.

Выбираем коммутатор - читаем характеристики

Как выбрать коммутатор по параметрам и функциям? Рассмотрим, что подразумевается под некоторыми из часто встречающихся обозначений в характеристиках. К базовым параметрам относятся:

Количество портов . Их число варьируется от 5 до 48. При выборе коммутатора лучше предусмотреть запас для дальнейшего расширения сети.

Базовая скорость передачи данных . Чаще всего мы видим обозначение 10/100/1000 Мбит/сек - скорости, которые поддерживает каждый порт устройства. Т. е. выбранный коммутатор может работать со скоростью 10 Мбит/сек, 100 Мбит/сек или 1000 Мбит/сек. Достаточно много моделей, которые оснащены и гигабитными, и портами 10/100 Мб/сек. Большинство современных коммутаторов работают по стандарту IEEE 802.3 Nway, автоматически определяя скорость портов.

Пропускная способность и внутренняя пропускная способность. Первая величина, называемая еще коммутационной матрицей - это максимальный объем трафика, который может быть пропущен через коммутатор в единицу времени. Вычисляется очень просто: кол-во портов х скорость порта х 2 (дуплекс). К примеру, 8-портовый гигабитный коммутатор имеет пропускную способность в 16 Гбит/сек.
Внутренняя пропускная способность обычно обозначается производителем и нужна только для сравнения с предыдущей величиной. Если заявленная внутренняя пропускная способность меньше максимальной - устройство будет плохо справляться с большими нагрузками, тормозить и зависать.

Автоматическое определение MDI/MDI-X . Это автоопределение и поддержка обоих стандартов, по которым была обжата витая пара, без необходимости ручного контроля соединений.

Слоты расширения . Возможность подключения дополнительных интерфейсов, например, оптических.

Размер таблицы MAC-адресов . Для выбора коммутатора важно заранее просчитать необходимый вам размер таблицы, желательно с учетом будущего расширения сети. Если записей в таблице не будет хватать, коммутатор будет записывать новые поверх старых, и это будет тормозить передачу данных.

Форм-фактор . Коммутаторы выпускаются в двух разновидностях корпуса: настольный/настенный вариант размещения и для стойки. В последнем случае принят стандартный размер устройства -19-дюймов. Специальные ушки для крепления в стойку могут быть съемными.

Выбираем коммутатор с нужными нам функциями для работы с трафиком

Управление потоком (Flow Control , протокол IEEE 802.3x). Предусматривает согласование приема-отправки данных между отправляющим устройством и коммутатором при высоких нагрузках, во избежание потерь пакетов. Функция поддерживается почти каждым свитчом.

Jumbo Frame - увеличенные пакеты. Применяется для скоростей от 1 гбит/сек и выше, позволяет ускорить передачу данных за счет уменьшения количества пакетов и времени на их обработку. Функция есть почти в каждом коммутаторе.

Режимы Full-duplex и Half-duplex . Практически все современные свитчи поддерживают автосогласование между полудуплексом и полным дуплексом (передача данных только в одну сторону, передача данных в обе стороны одновременно) во избежание проблем в сети.

Приоритезация трафика (стандарт IEEE 802.1p) - устройство умеет определять более важные пакеты (например, VoIP) и отправлять их в первую очередь. Выбирая коммутатор для сети, где весомую часть трафика будет составлять аудио или видео, стоит обратить внимание на эту функцию

Поддержка VLAN (стандарт IEEE 802.1q ). VLAN - удобное средство для разграничения отдельных участков: внутренней сети предприятия и сети общего пользования для клиентов, различных отделов и т.п.

Для обеспечения безопасности внутри сети, контроля или проверки производительности сетевого оборудования, может использоваться зеркалирование (дублирование трафика). К примеру, вся поступающая информация отправляется на один порт для проверки или записи определенным ПО.

Перенаправление портов . Эта функция вам может понадобиться для развертывания сервера с доступом в интернет, или для онлайн-игр.

Защита от "петель" - функции STP и LBD . Особенно важны при выборе неуправляемых коммутаторов. В них обнаружить образовавшуюся петлю - закольцованный участок сети, причину многих глюков и зависаний - практически невозможно. LoopBack Detection автоматически блокирует порт, на котором произошло образование петли. Протокол STP (IEEE 802.1d) и его более совершенные потомки - IEEE 802.1w, IEEE 802.1s - действуют немного иначе, оптимизируя сеть под древовидную структуру. Изначально в структуре предусмотрены запасные, закольцованные ветви. По умолчанию они отключены, и коммутатор запускает их только тогда, когда происходит разрыв связи на какой-то основной линии.

Агрегирование каналов (IEEE 802.3ad) . Повышает пропускную способность канала, объединяя несколько физических портов в один логический. Максимальная пропускная способность по стандарту - 8 Гбит/сек.

Стекирование . Каждый производитель использует свои собственные разработки стекирования, но в общем эта функция обозначает виртуальное объединение нескольких коммутаторов в одно логическое устройство. Цель стекирования - получить большее количество портов, чем это возможно при использовании физического свитча.

Функции коммутатора для мониторинга и диагностики неисправностей

Многие коммутаторы определяют неисправность кабельного соединения, обычно при включении устройства, а также вид неисправности - обрыв жилы, короткое замыкание и т.п. Например, в D-Link предусмотрены специальные индикаторы на корпусе:

Защита от вирусного трафика (Safeguard Engine) . Методика позволяет повысить стабильность работы и защитить центральный процессор от перегрузок "мусорным" трафиком вирусных программ.

Функции электропитания

Энергосбережение. Как выбрать коммутатор, который будет экономить вам электроэнергию? Обращайте внимани е на наличие функций энергосбережения. Некоторые производители, например D-Link, выпускают коммутаторы с регулировкой потребления электроэнергии. Например, умный свитч мониторит подключенные к нему устройства, и если в данный момент какое-то из них не работает, соответствующий порт переводится в "спящий режим".

Power over Ethernet (PoE, стандарт IEEE 802.af) . Коммутатор с использованием этой технологии может питать подключенные к нему устройства по витой паре.

Встроенная грозозащита . Очень нужная функция, однако надо помнить, что такие коммутаторы должны быть заземлены, иначе защита не будет действовать.

сайт

дипломная работа

1.1.1 Общая классификация коммутаторов

Компьютерная сеть это группа компьютеров, соединенных друг с другом каналом связи. Канал обеспечивает обмен данными внутри сети, то есть обмен данными между компьютерами данной группы. Сеть может состоять из двух-трех компьютеров, а может объединять несколько тысяч ПК. Физически обмен данными между компьютерами может осуществляться по специальному кабелю, волоконно-оптическому кабелю или через витую пару .

Объединять компьютеры в сеть и обеспечивать их взаимодействие помогают сетевые аппаратные и аппаратно-программные средства. Эти средства можно разделить на следующие группы по их основному функциональному назначению:

Пассивное сетевое оборудование соединительные разъёмы, кабели, коммутационные шнуры, коммутационные панели, телекоммуникационные розетки и т.д.;

Активное сетевое оборудование преобразователи/адаптеры, модемы, повторители, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и т.д.

В настоящее время развитие компьютерных сетей происходит по следующим направлениям:

Увеличение скорости;

Внедрение сегментирования на основе коммутации;

Объединение сетей при помощи маршрутизации.

Коммутация второго уровня

Рассматривая свойства второго уровня эталонной модели ISO/OSI и его классическое определение, можно увидеть, что данному уровню принадлежит основная доля коммутирующих свойств.

Канальный уровень обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. В частности, он решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации.

На самом деле, определяемая канальным уровнем модели OSI функциональность служит платформой для некоторых из сегодняшних наиболее эффективных технологий. Большое значение функциональности второго уровня подчеркивает тот факт, что производители оборудования продолжают вкладывать значительные средства в разработку устройств с такими функциями, то есть коммутаторов .

Коммутация третьего уровня

Коммутация на третьем уровне? это аппаратная маршрутизация. Традиционные маршрутизаторы реализуют свои функции с помощью программно-управляемых процессоров, что будем называть программной маршрутизацией. Традиционные маршрутизаторы обычно продвигают пакеты со скоростью около 500000 пакетов в секунду. Коммутаторы третьего уровня сегодня работают со скоростью до 50 миллионов пакетов в секунду. Возможно и дальнейшее ее повышение, так как каждый интерфейсный модуль, как и в коммутаторе второго уровня, оснащен собственным процессором продвижения пакетов на основе ASIC. Так что наращивание количества модулей ведет к наращиванию производительности маршрутизации. Использование высокоскоростной технологии больших заказных интегральных схем (ASIC) является главной характеристикой, отличающей коммутаторы третьего уровня от традиционных маршрутизаторов .

Коммутатор - это устройство, функционирующее на втором/третьем уровне эталонной модели ISO/OSI и предназначенное для объединения сегментов сети, работающих на основе одного протокола канального/сетевого уровня. Коммутатор направляет трафик только через один порт, необходимый для достижения места назначения.

На рисунке (см. рисунок 1) представлена классификация коммутаторов по возможностям управления и в соответствии с эталонной моделью ISO/OSI.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 Классификация коммутаторов

Рассмотрим подробнее назначение и возможности каждого из видов коммутаторов.

Неуправляемый коммутатор? это устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Он передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети. Никаких других функций неуправляемый коммутатор выполнять не может.

Управляемые коммутаторы представляют собой более сложные устройства, позволяющие выполнять набор функции второго и третьего уровней модели ISO/OSI. Управление ими может осуществляться посредством Web-интерфейса, командной строки через консольный порт или удаленно по протоколу SSH, а также с помощью протокола SNMP .

Настраиваемые коммутаторы предоставляют пользователям возможность настраивать определенные параметры с помощью простых утилит управления, Web-интерфейса, упрощенного интерфейса командной строки и протокола SNMP.

Коммутаторы уровня 2 анализируют входящие кадры, принимают решение об их дальнейшей передаче и передают их пунктам назначения на основе МАС-адресов канального уровня модели OSI. Основное преимущество коммутаторов уровня 2 - прозрачность для протоколов верхнего уровня. Так как коммутатор функционирует на втором уровне, ему нет необходимости анализировать информацию верхних уровней модели OSI.

Коммутаторы уровня 3 осуществляют коммутацию и фильтрацию на основе адресов канального (уровень 2) и сетевого (уровень 3) уровней модели OSI. Такие коммутаторы динамически решают, коммутировать (уровень 2) или маршрутизировать (уровень 3) входящий трафик . Коммутаторы 3-го уровня выполняют коммутацию в пределах рабочей группы и маршрутизацию между различными подсетями или виртуальными локальными сетями (VLAN).

Обеспечение безопасности в компьютерных сетях

Под компьютерным вирусом (или просто вирусом) понимается автономно функционирующая программа...

Обеспечение безопасности компьютерной сети, построенной на коммутаторах D-Link

В настоящее время одним из всемирно известных разработчиков и производителей сетевого и телекоммуникационного оборудования является компания D-Link. Она предлагает широкий набор решений для домашних пользователей, корпоративного сегмента...

Коммутаторы Ethernet подобно мостам и маршрутизаторам способны сегментировать сети Ethernet. Как и многопортовые мосты, коммутаторы передают пакеты между портами на основе адреса получателя, включенного в каждый пакет...

Основы организации локальных компьютерных сетей на основе технологии Ethernet

Хотя все коммутаторы имеют много общего, целесообразно разделить их на два класса, предназначенных для решения разных задач...

Программные средства. Системы безопасности информации

Раздел Группы Состав Системное обеспечение Системное обеспечение Операционные системы драйверы Сетевые ос Сетевые ос сетевые драйверы Сетевое планирование Инструментальные Средства Компиляторы Файловые...

Проектирование автоматизированной системы складского учета с использованием CASE-средства Rational Rose

CASE-средства (от Computer Aided Software/System Engineering) позволяют проектировать любые системы на компьютере. Необходимый элемент системного и структурно-функционального анализа, CASE-средства позволяют моделировать бизнес-процессы, базы данных...

Список основных настроек, которые необходимо выполнить на коммутаторах в рамках данного курсового проекта: настройка общих параметров и сетевых интерфейсов; виртуальных локальных сетей (VLAN); протокола покрывающего дерева (STP)...

Проектирование корпоративных сетей

Проектирование локальной вычислительной сети организации

Коммутаторы подразделяются на управляемые и неуправляемые. Более сложные коммутаторы позволяют управлять коммутацией на канальном и сетевом уровне модели OSI. Управление коммутатором может осуществляться посредством протокола Web-интерфейса...

Разработка информационной системы для автоматизации работы отделений и приемной комиссии в среднем профессиональном учебном заведении

Появлению CASE-технологии и CASE-средств предшествовали исследования в области методологии программирования. Программирование обрело черты системного подхода с разработкой и внедрением языков высокого уровня...

Разработка корпоративной сети для железнодорожного вокзала

Коммутаторы необходимо выбирать, руководствуясь следующим принципом: После подсоединения к коммутатору всех кабелей должно оставаться несколько свободных портов, чтобы при выходе из строя одного из портов...

Разработка локальной вычислительной сети

Коммутаторы для ЛВС были выбраны фирмы Zyxel, которая зарекомендовала себя с самой лучшей стороны и является одним из наиболее качественных производителей продуктов данного типа на мировом рынке...

Разработка мультисервисной широкополосной сети в жилом доме

Исходя из того, что общая потребность абонента в трафике составляет приблизительно 71 Мбит/с, то линии с пропускной способностью в 100 Мбит/с будет достаточно для нормальной работы всех устройств. Но...

Системное программное обеспечение. Обработка тестовой информации

Назначение операционной системы: Операционная система (ОС) - комплекс системных и управляющих программ...

Системы электронного документооборота

Любая система документооборота может содержать элементы каждой из приведенных ниже категорий, но большинство из них имеют конкретную ориентацию в одной из областей, связанную в первую очередь с позиционированием продукта...

Общая классификация коммутаторов

Компьютерная сеть это группа компьютеров, соединенных друг с другом каналом связи. Канал обеспечивает обмен данными внутри сети, то есть обмен данными между компьютерами данной группы. Сеть может состоять из двух-трех компьютеров, а может объединять несколько тысяч ПК. Физически обмен данными между компьютерами может осуществляться по специальному кабелю, волоконно-оптическому кабелю или через витую пару .

В настоящее время развитие компьютерных сетей происходит по следующим направлениям:

Увеличение скорости;

Внедрение сегментирования на основе коммутации;

Объединение сетей при помощи маршрутизации.

Коммутация второго уровня

Коммутация третьего уровня

Рисунок 1 Классификация коммутаторов

Рассмотрим подробнее назначение и возможности каждого из видов коммутаторов.

Будучи предназначенными для работы с небольшим числом пользователей, настольные коммутаторы могут служить для замены концентраторов 10Base-T. Обычно настольные коммутаторы имеют 24 порта, каждый из которых поддерживает персональный (private) канал с полосой 10 Мбит/сек для подключения одного узла (например, рабочей станции). Дополнительно такой коммутатор может иметь один или несколько портов 100Base-T или FDDI для подключения к магистрали (backbone) или серверу.

Объединяя в себе возможности технологий 10 Мбит/сек и 100 Мбит/сек, настольные коммутаторы минимизируют блокировку при попытке одновременного подключения нескольких узлов к единственному скоростному порту (100 Мбит/сек). В среде клиент-сервер одновременно несколько узлов могут получить доступ к серверу, подключенному через порт 100 Мбит/сек.

Настольные коммутаторы просты в установке и обслуживании, зачастую содержат встроенные plug-and-play программы и имеют упрощенный интерфейс установки параметров. Стоимость в пересчете на один порт составляет - $150, менее чем вдвое превосходя стоимость порта в концентраторах 10Base-T.

Магистральные коммутаторы

На вершине иерархии коммутаторов Ethernet находятся магистральные коммутаторы - устройства для соединения сетей или сегментов, поддерживающие множественную адресацию для своих портов. Такие коммутаторы используются для соединения концентраторов 10Base-T, настольных и групповых коммутаторов, серверов.

Для пользователей, желающих увеличить доступную полосу за счет сегментации, магистральные коммутаторы служат простой, высокопроизводительной и эффективной по стоимости альтернативой маршрутизаторам. Магистральные коммутаторы могут одновременно передавать трафик между несколькими сегментами с полным использованием полосы пропускания среды.

Кроме того, магистральные коммутаторы могут фильтровать пакеты на основе признаков, отличающихся от адресов. Например, администратор может запретить передачу широковещательных пакетов NetWare рабочим станциям Unix за счет фильтрации по протоколу.

Для магистральных коммутаторов характерно модульное устройство и способность поддерживать до нескольких тысяч MAC-адресов на каждый порт. Установка таких коммутаторов более сложна по сравнению с настольными коммутаторами, главным образом за счет необходимости настройки функций маршрутизации. Резервные источники питания, горячая замена модулей, поддержка протокола Spanning Tree являются обязательными для магистральных коммутаторов элементами, обеспечивающими все возможности технологий коммутации, включая виртуальные сети.

При совместном использовании с настольными коммутаторами (взамен концентраторов 10Base-T), магистральные коммутаторы обеспечивают сквозную (end-to-end) коммутацию, позволяющую избежать большинства проблем, связанных с использованием разделяемой среды (большое количество коллизий, размножение ошибочных пакетов, снижение уровня безопасности). В большинстве мощных приложений магистральные коммутаторы 100 Мбит/сек могут служить высокоскоростной магистралью между настольными коммутаторами 100/10 Мбит/сек и серверами, подключенными по каналу 100 Мбит/сек.

Стоимость магистральных коммутаторов в расчете на один порт составляет $750 - $1500.

Коммутаторы для рабочих групп

Коммутаторы рабочих групп используются главным образом для соединения изолированных настольных коммутаторов или концентраторов 10Base-T с остальными частями сети. Эти устройства объединяют в себе свойства как настольных, так и магистральных коммутаторов.

Подобно магистральным коммутаторы рабочих групп могут поддерживать множественную адресацию (до нескольких тысяч MAC-адресов на коммутатор) и позволяют использование в качестве маршрутизаторов. Как и настольные коммутаторы они могут служить для подключения к порты отдельных узлов.

Хотя обычно коммутаторы рабочих групп не поддерживают фильтрацию протоколов и другие функции маршрутизации, некоторые коммутаторы этого типа поддерживают протокол Spanning Tree, SNMP и виртуальные сети.

Соединение 10 Мбит/сек между коммутатором и пользовательским узлом (рабочей станцией) чаще всего выполняется кабелем на основе неэкранированных скрученных пар (UTP), а для скоростного порта используются скрученные пары или оптический кабель. Групповые коммутаторы могут поддерживать несколько тысяч MAC-адресов на устройство с портами, используемыми для подключения небольшого числа концентраторов или магистралей. Групповые коммутаторы должны в таком случае поддерживать Spanning Tree для упрощения конфигурации сети и обеспечения возможности дублирования каналов без образования петель в сети.

Ключевой сферой применения коммутаторов для рабочих групп является замена концентраторов 10Base-T и маршрутизаторов, что позволит пользователям перейти от работы с разделяемой средой к персональным (private) каналам за счет одновременной поддержки разделяемых и персональных соединений 10 Мбит/сек. Некоторые групповые коммутаторы имеют средства преодоления сбоев (fault-tolerant functions), однако групповые коммутаторы никогда не поддерживают фильтрации протоколов.

Стоимость в пересчете на один порт для коммутаторов рабочих групп составляет $250 - $1000.

Неуправляемый коммутатор подходит для построения домашней сети или сети малого офиса. Его отличие от остальных - "коробочная" версия. Т. е., после покупки достаточно настроить подключение к серверу провайдера и можно раздавать интернет.

При работе с таким коммутатором стоит учитывать, что возможны кратковременные задержки при использовании пейджеров голосовой связи (Skype, Vo-IP) и невозможность распределения ширины канала интернета. Т. е., при включении программы Torrent на одном из компьютеров в сети - она будет потреблять почти всю ширину канала, а остальные компьютеры в сети - пользоваться остатками пропускной способности.

Управляемый коммутатор - это лучшее решение для построение сети в офисах и компьютерных клубах. Данный вид продается в стандартной комплектации и стандартными настройками.

Для настройки такого коммутатора придется попотеть - большое количество настроек может вскружить голову, но при правильном подходе принести замечательные результаты. Главная особенность - распределение ширины канала и настройка пропускной способности каждого порта. Возьмем в пример канал интернета 50 Mbps/s, 5 компьютеров в сети, IP-TV приставку и ATC. Мы можем поступить несколькими вариантами, но рассмотрю я всего один.

Далее - только Ваша фантазия и нестандартное мышление. В общей сложности мы имеем относительно большой канал. Почему относительно? Эту информацию Вы узнаете далее, если внимательно вникнете в суть. Забыл уточнить - я собираю сеть для малого офиса. IP-TV используется для телевизора в комнате ожидания, компьютеры - для работы с электронной почтой, передачей документов, просмотров сайтов, ATC - для подключения стационарных телефонов к основной линии для приема звонков с Skype, QIP, сотовых телефонов и пр.

Управляемый коммутатор представляет собой модификацию обычного, неуправляемого коммутатора.

Кроме чипа ASIC в нем присутствует микропроцессор, способный выполнять дополнительные операции над фреймами, такие как фильтрация, модификация и приоритезация, а так же другие, не связанные с пересылкой фреймов, действия. Например, предоставлять пользовательский интерфейс.

В практическом плане отличия управляемых коммутаторов от неуправляемых заключаются, во-первых, в списке поддерживаемых стандартов - если обычный, неуправляемый коммутатор поддерживает только стандарт Ethernet (IEEE 802.3) в различных его разновидностях, то управляемые коммутаторы поддерживают гораздо более широкий список стандартов: 802.1Q.802.1X, 802.1AE, 802.3ad (802.1AX) и так далее, которые требуют настройки и управления.

Есть еще один вид - SMART-коммутаторы.

Появление смарт-коммутаторов было обязано маркетинговому ходу - устройства поддерживают значительно меньшее количество функций, чем свои старшие собратья, но тем не менее являются управляемыми.

Что бы не смущать и не вводить потребителей в заблуждение, первые модели выпускались с обозначением intelligent или web-managed.

Эти устройства по значительно меньшей цене предлагали базовую функциональность управляемых коммутаторов - организация VLAN, административное включение и отключение портов, фильтрация по MAC-адресу или ограничение скорости. Традиционно, единственным способом управления являлся web-интерфейс, так что за смарт-коммутаторами прочно закрепилось название web-eуправляемых.

Коммутатор хранит в ассоциативной памяти таблицу коммутации, в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он начинает работать в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры (frame) и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу.

Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя не привязан к какому-либо порту коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты.

Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется.

Стоит отметить малую латентность (задержку) и высокую скорость пересылки на каждом порту интерфейса.

Способы коммутации в коммутаторе.

Существует три способа коммутации. Каждый из них - это комбинация таких параметров, как время ожидания «принятием коммутатором решения» (латентность) и надёжность передачи.

С промежуточным хранением (Store and Forward).

«Напролет» (cut-through).

«Бесфрагментный» (fragment-free) или гибридный.

С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю поступившую информацию в кадре, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него проверенный кадр.

«Напролет» (cut-through). Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок.

«Бесфрагментный» (fragment-free) или гибридный. Этот режим является модификацией режима «Напролет». Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (кадры размером 64 байта обрабатываются по технологии store-and-forward, остальные по технологии cut-through). Задержка, связанная с «принятием коммутатором решения», добавляется к времени, которое требуется кадру для входа на порт коммутатора и выхода с него, и вместе с ним определяет общую задержку коммутатора.

Характеристики производительности коммутаторов.

Основными характеристиками коммутатора, измеряющими его производительность, являются:

- скорость фильтрации (filtering);
- скорость маршрутизации (forwarding);
- пропускная способность (throughput);
- задержка передачи кадра.

Кроме того, существует несколько характеристик коммутатора, которые в наибольшей степени влияют на указанные характеристики производительности. К ним относятся:

- размер буфера (буферов) кадров;
- производительность внутренней шины;
- производительность процессора или процессоров;
- размер внутренней адресной таблицы.

Скорость фильтрации и продвижения кадров - это две основные характеристики производительности коммутатора. Эти характеристики являются интегральными показателями, они не зависят от того, каким образом технически реализован коммутатор.

Скорость фильтрации определяет скорость, с которой коммутатор выполняет следующие этапы обработки кадров:

- прием кадра в свой буфер;
- уничтожение кадра, так как его порт назначения совпадает с портом-источником.

Скорость продвижения определяет скорость, с которой коммутатор выполняет следующие этапы обработки кадров:

- прием кадра в свой буфер;
- просмотр адресной таблицы с целью нахождения порта для адреса назначения кадра;
- передача кадра в сеть через найденный по адресной таблице порт назначения.

Как скорость фильтрации, так и скорость продвижения измеряются обычно в кадрах в секунду.

Если в характеристиках коммутатора не уточняется, для какого протокола и для какого размера кадра приведены значения скоростей фильтрации и продвижения, то по умолчанию считается, что эти показатели даются для протокола Ethernet и кадров длиной 64 байта (без преамбулы), с полем данных в 46 байт.

Применение в качестве основного показателя скорости работы коммутатора кадров минимальной длины объясняется тем, что такие кадры всегда создают для коммутатора наиболее тяжелый режим работы по сравнению с кадрами другого формата при равной пропускной способности переносимых пользовательских данных.

Поэтому при проведении тестирования коммутатора режим передачи кадров минимальной длины используется как наиболее сложный тест, который должен проверить способность коммутатора работать при наихудшем сочетании для него параметров трафика.

Кроме того, для пакетов минимальной длины скорость фильтрации и продвижения имеют максимальное значение, что имеет немаловажное значение при рекламе коммутатора.

Пропускная способность коммутатора измеряется количеством переданных в единицу времени через его порты пользовательских данных.

Так как коммутатор работает на канальном уровне, то для него пользовательскими данными являются те данные, которые переносятся в поле данных кадров протоколов канального уровня - Ethernet, Token Ring, FDDI и т. п.

Максимальное значение пропускной способности коммутатора всегда достигается на кадрах максимальной длины, так как при этом и доля накладных расходов на служебную информацию кадра гораздо ниже, чем для кадров минимальной длины, и время выполнения коммутатором операций по обработке кадра, приходящееся на один байт пользовательской информации, существенно меньше.

Зависимость пропускной способности коммутатора от размера передаваемых кадров хорошо иллюстрирует пример протокола Ethernet, для которого при передаче кадров минимальной длины достигается скорость передачи в 14880 кадров в секунду и пропускная способность 5.48 Мб/с, а при передаче кадров максимальной длины - скорость передачи в 812 кадров в секунду и пропускная способность 9.74 Мб/c.

Пропускная способность падает почти в два раза при переходе на кадры минимальной длины, и это еще без учета потерь времени на обработку кадров коммутатором.

Задержка передачи кадра измеряется как время, прошедшее с момента прихода первого байта кадра на входной порт коммутатора до момента появления этого байта на выходном порту коммутатора.

Задержка складывается из времени, затрачиваемого на буферизацию байт кадра, а также времени, затрачиваемого на обработку кадра коммутатором - просмотр адресной таблицы, принятие решения о фильтрации или продвижении и получения доступа к среде выходного порта. Величина вносимой коммутатором задержки зависит от режима его работы. Если коммутация осуществляется "на лету", то задержки обычно невелики и составляют от 10 мкс до 40 мкс, а при полной буферизации кадров - от 50 мкс до 200 мкс (для кадров минимальной длины). Коммутатор - это многопортовое устройство, поэтому для него принято все приведенные выше характеристики (кроме задержки передачи кадра) давать в двух вариантах:

- первый вариант - суммарная производительность коммутатора при одновременной передаче трафика по всем его портам;
- второй вариант - производительность, приведенная в расчете на один порт.

Так как при одновременной передаче трафика несколькими портами существует огромное количество вариантов трафика, отличающегося размерами кадров в потоке, распределением средней интенсивности потоков кадров между портами назначения, коэффициентами вариации интенсивности потоков кадров и т. д., и т. п.

Тогда, при сравнении коммутаторов по производительности необходимо принимать во внимание, для какого варианта трафика получены публикуемые данные производительности. Некоторые лаборатории, постоянно проводящие тестирование коммуникационного оборудования, разработали детальные описания условий тестирования коммутаторов и используют их в своей практике, однако общепромышленными эти тесты пока не стали. В идеальном случае коммутатор, установленный в сети, передает кадры между узлами, подключенными к его портам, с той скоростью, с которой узлы генерируют эти кадры, не внося дополнительных задержек и не теряя ни одного кадра.

В реальной практике коммутатор всегда вносит некоторые задержки при передаче кадров, а также может некоторые кадры терять, то есть не доставлять их адресатам. Из-за различий во внутренней организации разных моделей коммутаторов, трудно предвидеть, как тот или иной коммутатор будет передавать кадры какого-то конкретного образца трафика. Лучшим критерием по-прежнему остается практика, когда коммутатор ставится в реальную сеть и измеряются вносимые им задержки и количество потерянных кадров. Суммарная производительность коммутатора обеспечивается достаточно высокой производительностью каждого его отдельного элемента - процессора порта, коммутационной матрицы, общей шины, соединяющей модули и т. п.

Независимо от внутренней организации коммутатора и способов конвейеризации его операций, можно определить достаточно простые требования к производительности его элементов, которые являются необходимыми для поддержки заданной матрица трафика. Так как производители коммутаторов стараются сделать свои устройства как можно более быстродействующими, то общая внутренняя производительность коммутатора часто с некоторым запасом превышает среднюю интенсивность любого варианта трафика, который можно направить на порты коммутатора в соответствии с их протоколами.

Такой тип коммутаторов называют неблокирующими, т. е., любой вариант трафика передается без снижения его интенсивности. Кроме пропускных способностей отдельных элементов коммутатора, таких как процессоры портов или общая шина, на производительность коммутатора влияют такие его параметры как размер адресной таблицы объем общего буфера или отдельных буферов портов.

Размер адресной таблицы влияет на максимальную емкость адресной таблицы и определяет максимальное количество MAC-адресов, с которыми может одновременно оперировать коммутатор.

Так как коммутаторы чаще всего используют для выполнения операций каждого порта выделенный процессорный блок со своей памятью для хранения экземпляра адресной таблицы, то размер адресной таблицы для коммутаторов обычно приводится в расчете на один порт.

Экземпляры адресной таблицы разных процессорных модулей не обязательно содержат одну и ту же адресную информацию - скорее всего повторяющихся адресов будет не так много, если только распределение трафика каждого порта не полностью равновероятное между остальными портами. Каждый порт хранит только те наборы адресов, которыми он пользуется в последнее время. Значение максимального числа МАС-адресов, которое может запомнить процессор порта, зависит от области применения коммутатора. Коммутаторы рабочих групп обычно поддерживают всего несколько адресов на порт, так как они предназначены для образования микросегментов. Коммутаторы отделов должны поддерживать несколько сотен адресов, а коммутаторы магистралей сетей - до нескольких тысяч, обычно 4000 - 8000 адресов. Недостаточная емкость адресной таблицы может служить причиной замедления работы коммутатора и засорения сети избыточным трафиком. Если адресная таблица процессора порта полностью заполнена, а он встречает новый адрес источника в поступившем пакете, то он должен вытеснить из таблицы какой-либо старый адрес и поместить на его место новый. Эта операция сама по себе отнимет у процессора часть времени, но главные потери производительности будут наблюдаться при поступлении кадра с адресом назначения, который пришлось удалить из адресной таблицы.

Так как адрес назначения кадра неизвестен, то коммутатор должен передать этот кадр на все остальные порты. Эта операция будет создавать лишнюю работу для многих процессоров портов, кроме того, копии этого кадра будут попадать и на те сегменты сети, где они совсем необязательны. Некоторые производители коммутаторов решают эту проблему за счет изменения алгоритма обработки кадров с неизвестным адресом назначения. Один из портов коммутатора конфигурируется как магистральный порт, на который по умолчанию передаются все кадры с неизвестным адресом.

Внутренняя буферная память коммутатора нужна для временного хранения кадров данных в тех случаях, когда их невозможно немедленно передать на выходной порт. Буфер предназначен для сглаживания кратковременных пульсаций трафика.

Ведь даже если трафик хорошо сбалансирован и производительность процессоров портов, а также других обрабатывающих элементов коммутатора достаточна для передачи средних значений трафика, то это не гарантирует, что их производительности хватит при очень больших пиковых значениях нагрузок. Например, трафик может в течение нескольких десятков миллисекунд поступать одновременно на все входы коммутатора, не давая ему возможности передавать принимаемые кадры на выходные порты. Для предотвращения потерь кадров при кратковременном многократном превышении среднего значения интенсивности трафика (а для локальных сетей часто встречаются значения коэффициента пульсации трафика в диапазоне 50-100) единственным средством служит буфер большого объема. Как и в случае адресных таблиц, каждый процессорный модуль порта обычно имеет свою буферную память для хранения кадров. Чем больше объем этой памяти, тем менее вероятны потери кадров при перегрузках, хотя при несбалансированности средних значений трафика буфер все равно рано или поздно переполниться.

Обычно коммутаторы, предназначенные для работы в ответственных частях сети, имеют буферную память в несколько десятков или сотен килобайт на порт.

Хорошо, когда эту буферную память можно перераспределять между несколькими портами, так как одновременные перегрузки по нескольким портам маловероятны. Дополнительным средством защиты может служить общий для всех портов буфер в модуле управления коммутатором. Такой буфер обычно имеет объем в несколько мегабайт.