Въпреки че всички превключватели имат много общо, има смисъл да ги разделите на два класа за различни задачи.

Превключватели за работни групи

Превключвателите на работните групи осигуряват специална честотна лента за всяка двойка хостове, свързани към портовете на комутатора. Ако портовете са с еднаква скорост, получателят на пакета трябва да бъде свободен, за да избегне блокиране.

Като поддържа поне броя на адресите, които могат да присъстват в сегмент за всеки порт, комутаторът осигурява специална честотна лента от 10 Mbps за всеки порт. Всеки порт на комутатора е свързан с уникален адрес за Ethernet устройството, свързано към този порт.

Физическата връзка от точка до точка между комутаторите на работната група и възлите 10Base-T обикновено е неекраниран кабел с усукана двойка, със стандартно оборудване 10Base-T, инсталирано на възлите.

Превключвателите за работни групи могат да работят при 10 или 100 Mbps за различни портове. Тази способност намалява блокирането при опит за установяване на множество 10 Mbps клиентски връзки с един високоскоростен порт. В работни групи клиент-сървър множество клиенти със скорост 10 Mbps имат достъп до сървър, свързан към 100 Mbps порт. В примера, показан на фигура 8, три 10 Mbps възела едновременно имат достъп до сървъра на 100 Mbps порт. От 100 Mbps честотна лента, налична за достъп до сървъра, се използват 30 Mbps, а 70 Mbps са налични за едновременно свързванекъм сървъра на още седем устройства 10 Mbps през виртуални канали.

Поддръжката за различни скорости е полезна и за групиране на Ethernet комутатори за множествено предаване, използвайки 100 Mbps Fast Ethernet (100Base-T) концентратори като локални гръбнаци. В конфигурацията, показана на фигура 9, комутатори, поддържащи 10 Mbps и 100 Mbps, са свързани към 100 Mbps хъб. Местният трафик остава в рамките работна групадокато останалата част от трафика се изпраща към мрежата през 100 Mbps Ethernet хъб.

За да се свържете с 10 или 100 Mbps повторител, комутаторът трябва да има порт, който може 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 (10 Mbps). В допълнение, превключвателите намаляват (до нула) броя на сблъсъците - за разлика от превключвателите на гръбнака, описани по-долу, превключвателите на работните групи няма да предават фрагменти на сблъсък до техните дестинации. Превключвателите на работните групи ви позволяват да запазите напълно мрежовата инфраструктура от страна на клиента, включително програми, мрежови адаптери, кабели. Цената на порт за комутатори на работни групи днес е сравнима с тази на управляван хъб.

Гръбначни превключватели

Транк комутаторите осигуряват връзка със средна скорост между двойка незаети Ethernet сегменти. Ако скоростта на порта за подателя и получателя е една и съща, сегментът на приемника 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, адресиран към извън тази група, ще бъде препратен от комутатора на магистрала, както е показано на Фигура 10. Транк комутаторът позволява пакетите да се предават едновременно със средна скорост между всяка двойка от неговите портове. Подобно на превключвателите на работните групи, комутаторите на магистралата могат да поддържат различни скорости за своите портове. Превключвателите на магистралата могат да работят с 10Base-T и коаксиални сегменти. В повечето случаи използването на гръбначни превключватели осигурява по-просто и повече ефективен методподобрена производителност на мрежата в сравнение с рутерите и мостовете.

Основният недостатък при работа с гръбначни 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 възлите, свързани към портовете за комутиране, възлите, разположени на 10Base-T или коаксиални сегменти, не са гарантирани 10 Mbps честотна лента и често трябва да чакат, докато други възли завършат предаването на своите пакети. На ниво работна група сблъсъците все още се запазват и фрагменти от пакети с грешки ще се препращат към всички мрежи, свързани към гръбнака. Тези недостатъци могат да бъдат избегнати чрез използване на превключватели на ниво работна група вместо 10Base-T концентратори. За най-взискателните приложения 100 Mbps комутатор може да действа като високоскоростен гръбнак за комутатори на работни групи с 10 и 100 Mbps портове, 100 Mbps концентратори и сървъри със 100 Mbps Ethernet адаптери.

Сравнение на възможностите

Основните свойства на Ethernet комутаторите са показани в таблицата:

Предимства на Ethernet комутаторите

Следните са основните предимства на използването на Ethernet превключватели:
Увеличете производителността с високоскоростни връзки между Ethernet сегменти (гръбначни комутатори) или мрежови възли (превключватели на работни групи). За разлика от споделената среда, Ethernet комутаторите могат да осигурят интегрирани печалби в производителността при добавяне на потребители или сегменти към мрежата.
Намалени сблъсъци, особено когато всеки потребител е свързан към отделен порт на комутатора.
Ниски разходи при прехода от споделена към комутирана среда чрез поддържане на съществуващата 10 Mbps Ethernet инфраструктура (кабели, адаптери, програми).
Подобрява сигурността, като предава пакети само до 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

Повторители

Ethernet повторителите, често наричани хъбове или концентратори в контекста на 10Base-T мрежи, работят в съответствие със стандарта IEEE 802.3. Ретранслаторът просто предава получените пакети до всички свои портове, независимо от местоназначението.

Въпреки че всички устройства, свързани към Ethernet повторител (включително други повторители), "виждат" целия мрежов трафик, само дестинационният възел трябва да получи пакета. Всички останали възли ТРЯБВА да игнорират този пакет. някои мрежови устройства (например анализатори на протоколи) работят въз основа на това, че мрежовата среда (като Ethernet) е публично достъпна 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 производителността, повторителите просто предават пакети, използвайки цялата честотна лента на канала. Латентността, въведена от повторителя, е много ниска (по-малко от 3 микросекунди според IEEE 802.3). Мрежите, съдържащи повторители, имат честотна лента от 10 Mbps, подобна на коаксиален сегмент и са прозрачни за повечето мрежови протоколикато TCP / IP и IPX.

Мостове

Мостовете работят в съответствие със стандарта IEEE 802.1d. Подобно на Ethernet комутаторите, мостовете са агностици на протокола и препращат пакети към порта, към който е свързана дестинацията. Въпреки това, за разлика от повечето Ethernet комутатори, мостовете не препращат пакети за сблъсък и грешка, тъй като всички пакети се буферират, преди да бъдат изпратени до порта на местоназначението. Буферирането на пакети (запазване и препращане) въвежда латентност в сравнение с превключването в движение. Мостовете могат да осигурят производителност, равна на честотната лента на средата, но вътрешното блокиране леко забавя тяхната работа.

Рутери

Работата на рутерите зависи от мрежовите протоколи и се определя от свързаната с протокола информация, пренасяна в пакета. Подобно на мостовете, рутерите не изпращат фрагменти от пакети до местоназначението, когато възникнат сблъсъци. Маршрутизаторите съхраняват целия пакет в паметта си, преди да го предадат до местоназначението, следователно, когато използвате рутери, пакетите се предават със закъснение. Маршрутизаторите могат да предоставят 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.

Тази LAN е изградена върху суичове, така че в тази глава се обсъждат основните характеристики на работата на комутаторите.

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

• - скорост на филтриране;
• - скорост на маршрутизиране (пренасочване);
• - пропускателна способност;
• - забавяне на предаването на кадра.

Освен това има няколко характеристики на превключвателя, които влияят най-много на посочените характеристики на работа. Те включват:

• - размерът на буфера на рамката (s);
• - изпълнение на вътрешната шина;
• - производителността на процесора или процесорите;
• - размерът на вътрешната адресна таблица.

Скоростта на филтриране и препращане на кадри са двете основни характеристики 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 в обработката на кадри:

• - получаване на кадър в собствен буфер;
• - унищожаване на рамката, тъй като неговият дестинационен порт е същият като порта източник.

Скоростта напред определя скоростта, с която превключвателят изпълнява следните етапи на обработка на кадри:

• - получаване на кадър в собствен буфер;
• - преглед на адресната таблица с цел намиране на порта за адреса на местоназначението на рамката;
• - предаване на кадри към мрежата през порта на местоназначението, намерен в адресната таблица.

Както скоростта на филтриране, така и скоростта на напредване обикновено се измерват в кадри в секунда. Ако характеристиките на превключвателя не уточняват за кой протокол и за кой размер на рамката са дадени стойностите на скоростите на филтриране и препращане, тогава по подразбиране се счита, че тези индикатори са дадени за Ethernet протокола и рамки с минимален размер , тоест кадри с дължина 64 байта (без преамбюл), ​​с поле за данни от 46 байта. Ако скоростите са посочени за конкретен протокол, например Token Ring или FDDI, те се дават и за кадри с минимална дължина на този протокол (например кадри с дължина 29 байта за протокола FDDI).

Използването на рамки с минимална дължина като основен индикатор за скоростта на превключвателя се дължи на факта, че такива кадри винаги създават най-трудния режим на работа на превключвателя в сравнение с кадри от различен формат с еднаква честотна лента на прехвърления потребителски данни. Следователно, при тестване на превключвател, режимът с минимална дължина на рамката се използва като най-трудния тест, който трябва да провери способността на превключвателя да работи при най-лошата комбинация от параметри на трафика за него. Освен това за пакети с минимална дължина скоростите на филтриране и препращане имат максимална стойност, което е от немалко значение при рекламиране на комутатор.

Честотна лентаПревключвателят се измерва с количеството потребителски данни, предавани за единица време през неговите портове. Тъй като превключвателят работи на ниво връзка, потребителските данни за него са данните, които се пренасят в полето за данни на протоколните рамки свързващ слой- Ethernet, Token Ring, FDDI и др. Максимална стойностчестотната лента на превключвателя винаги се постига на кадри максимална дължина, тъй като в този случай делът на режийните разходи за служебната информация на кадъра е много по-нисък, отколкото за кадри с минимална дължина, а времето за извършване на операции за обработка на кадъра на превключвателя на един байт потребителска информация е значително по-малко.

Зависимостта на пропускателната способност на превключвателя от размера на предаваните кадри е добре илюстрирана от примера на Ethernet протокола, за който при предаване на кадри с минимална дължина скорост на предаване е 14880 кадъра в секунда и пропускателна способност 5,48 Mbps се постига, а при предаване на кадри с максимална дължина се постига скорост на предаване от 812. кадъра в секунда и честотна лента от 9,74 Mbps. Пропускателната способност пада почти два пъти при превключване към най-късите кадри и това не отчита загубата на време за обработка на кадри от превключвателя.

Латентността при прехвърляне на кадъра 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 изходния порт на комутатора. Латентността е сумата от времето, необходимо за буфериране на байтовете на рамката, плюс времето, необходимо за обработка на кадъра от превключвателя – потърсете адресната таблица, решете дали да филтрирате или препратете и получите достъп до изхода среда на пристанището.

Размерът на закъснението, въведено от превключвателя, зависи от неговия режим на 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 минималната дължина на рамката).

Превключвателят е многопортово устройство, поради което е обичайно да дава всички горепосочени характеристики (с изключение на забавяне на предаването на кадри) в две версии. Първата опция е общата производителност на комутатора с едновременно предаване на трафик през всичките му портове, втората опция е производителността на порт.

Тъй като при едновременното предаване на трафик от няколко порта има огромен брой опции за трафик, които се различават по размера на кадрите в потока, разпределението на средната интензивност на потоците от кадри между портовете на местоназначението, коефициентите на вариация в интензитета на кадрови потоци и др. и т.н., тогава при сравняване на комутатори по производителност е необходимо да се вземе предвид за кой тип трафик са получени публикуваните данни за производителността.

Оценка на необходимите цялостно представянепревключвател.

В идеалния случай комутатор, инсталиран в мрежата, предава кадри между възли, свързани към неговите портове, със скоростта, с която възлите генерират тези кадри, без да въвежда допълнителни закъснения или да губи единичен кадър. В реалната практика комутаторът винаги въвежда известно забавяне при предаването на кадри и може също да загуби някои кадри, тоест да не ги достави на получателите. Поради различия във вътрешната организация различни моделикомутатори, е трудно да се предвиди как даден комутатор ще предава кадри за определен модел на трафик. Най-добрият критерий все още е практиката за поставяне на комутатора в реална мрежа и измерване на въведените му закъснения и броя на загубените кадри.

В допълнение към честотната лента отделни елементипроизводителност на комутатора, като порт процесори или споделена шина, производителността на комутатора се влияе от параметри като размера на таблицата с адреси и размера на споделения буфер или буферите на отделните портове.

Размерът на адресната таблица.

Максималният капацитет на таблицата с адреси определя максималния брой MAC адреси, с които комутаторът може да работи едновременно. Тъй като комутаторите най-често използват специален процесор за извършване на операции на всеки порт със собствена памет за съхраняване на екземпляр от таблицата с адреси, размерът на таблицата с адреси 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 много дублиращи се адреси, освен ако разпределението на трафика от всеки порт не е напълно вероятно между останалите портове. Всеки порт съхранява само наборите от адреси, които наскоро е използвал.

Максималният брой MAC адреси, които процесорът на порта може да запомни, зависи от приложението на превключвателя. Превключвателите на работните групи обикновено поддържат само няколко адреса на порт, тъй като са проектирани да образуват микро-сегменти. Превключвателите на отделите трябва да поддържат няколкостотин адреса, а мрежовите гръбначни комутатори - до няколко хиляди, обикновено 4K до 8K адреси.

Недостатъчният капацитет на адресната таблица може да забави превключвателя и да запуши мрежата с излишен трафик. Ако адресната таблица на порт процесора е напълно пълна и срещне нов адрес на източник във входящия пакет, тогава той трябва да измести всеки стар адрес от таблицата и да постави нов на негово място. Тази операция сама по себе си ще отнеме част от времето на процесора, но основната загуба на производителност ще се наблюдава, когато пристигне рамка с адрес на местоназначение, който трябваше да бъде премахнат от таблицата с адреси. Тъй като адресът на местоназначението на рамката е неизвестен, комутаторът трябва да препрати тази рамка към всички останали портове. Тази операция ще създаде ненужна работа за много портови процесори, освен това копията на този кадър ще попаднат и върху онези мрежови сегменти, където са напълно ненужни.

Някои производители на превключватели се справят с този проблем, като променят начина, по който боравят с рамки с неизвестна дестинация. Един от портовете на комутатора е конфигуриран като магистрален порт, към който по подразбиране се препращат всички кадри 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 начин.

Рамка се изпраща към порта на магистрала при допускането, че този порт е свързан към превключвател нагоре по веригата, който има достатъчен капацитет на адресната таблица и знае къде да изпрати всеки кадър. Пример за успешно прехвърляне на рамка с помощта на магистрален порт е показан на Фигура 4.1. Превключете Най-високо нивоима информация за всички възли в мрежата, така че рамката с MAC3 адрес на дестинация, предадена към нея през магистралния порт, се предава към нея през порт 2 до комутатора, към който е свързан възелът с MAC3 адрес.

Фигура 4.1 – Използване на магистрален порт за доставка на кадри с неизвестен адрес на местоназначение

Въпреки че методът на магистралния порт ще работи ефективно в много случаи, възможно е да си представим ситуации, при които кадрите просто ще бъдат загубени. Една от тези ситуации е изобразена на фигура 4.2. Превключвателят от по-ниско ниво е премахнал MAC8 адреса, който е свързан към неговия порт 4, от своята адресна таблица, за да освободи място за новия MAC3 адрес. Когато пристигне рамка с MAC8 местоназначение, комутаторът я предава на порт 5 на магистрала, през който рамката влиза в комутатора от по-горно ниво. Този комутатор вижда от адресната си таблица, че MAC8 адресът принадлежи на неговия порт 1, през който е влязъл в комутатора. Следователно рамката не се обработва допълнително и просто се филтрира и следователно не достига до адресата. Следователно е по-надеждно да се използват комутатори с достатъчен брой адресни таблици за всеки порт и поддръжка на споделената адресна таблица от модула за управление на комутатора.

Фигура 4.2 - Загуба на кадър при използване на порта за магистрала

Размер на буфера.

Вътрешната буферна памет на комутатора се използва за временно съхраняване на кадри от данни в случаите, когато те не могат да бъдат незабавно предадени към изходния порт. Буферът е предназначен да изглажда краткосрочните пулсации на трафика. Всъщност, дори ако трафикът е добре балансиран и производителността на портовите процесори и другите обработващи елементи на комутатора е достатъчна за прехвърляне на средни стойности на трафика, това не гарантира, че тяхната производителност ще бъде достатъчна при много високи пикови натоварвания. Например, трафикът може да пристигне едновременно на всички входове на комутатора за няколко десетки милисекунди, като му попречи да предава получените кадри към изходните портове.

За да предотвратите загуба на кадър в случай на краткосрочно множество, превишаващи средната интензивност на трафика (и за локални мрежичесто има стойности на коефициента на пулсации на трафика в диапазона от 50 - 100) единственото средство е голям буфер. Както в случая с адресните таблици, всеки процесор на порт обикновено има свой собствен буферна паметза съхранение на рамки. Колкото по-голям е обемът на тази памет, толкова по-малко вероятни са загуби на кадри по време на претоварвания, въпреки че ако средните стойности на трафика са небалансирани, буферът рано или късно ще прелее.

Обикновено комутаторите, предназначени да работят в критични части на мрежата, имат буферна памет от няколко десетки или стотици килобайта на порт. Добре е тази буферна памет да може да бъде преразпределена между няколко порта, тъй като едновременните претоварвания на няколко порта са малко вероятни. Допълнителни средствазащитата може да бъде общ буфер за всички портове в модула за управление на комутатора. Такъв буфер обикновено е с размер от няколко мегабайта.

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

Скорост на филтриране;

Скорост на маршрутизиране (пренасочване);

Пропускателна способност;

Закъснение при предаване на кадър.

Освен това има няколко характеристики на превключвателя, които влияят най-много на посочените характеристики на работа. Те включват:

Размер на буфера на рамката (s);

Вътрешна производителност на шината;

Производителността на процесора или процесорите;

Размерът на вътрешната адресна таблица.

Скорост на филтриране и скорост на авансиране

Скоростта на филтриране и препращане на кадри са двете основни характеристики 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 в обработката на кадри:

Получаване на рамка във вашия буфер;

Унищожаване на рамката, защото неговият дестинационен порт е същият като порта източник.

Скорост на напредване определя скоростта, с която превключвателят изпълнява следните стъпки за обработка на кадри:

Получаване на рамка във вашия буфер;

Преглед на адресната таблица с цел намиране на порта за адреса на местоназначението на рамката;

Предаване на рамка към мрежата през порта на местоназначението, намерен в таблицата с адреси.

Както скоростта на филтриране, така и скоростта на напредване обикновено се измерват в кадри в секунда. Ако характеристиките на превключвателя не уточняват за кой протокол и за кой размер на рамката са дадени стойностите на скоростите на филтриране и препращане, тогава по подразбиране се счита, че тези индикатори са дадени за Ethernet протокола и рамки с минимален размер , тоест кадри с дължина 64 байта (без преамбюл), ​​с поле за данни от 46 байта. Ако скоростите са посочени за конкретен протокол, например Token Ring или FDDI, те се дават и за кадри с минимална дължина на този протокол (например кадри с дължина 29 байта за протокола FDDI). Използването на рамки с минимална дължина като основен индикатор за скоростта на превключвателя се дължи на факта, че такива кадри винаги създават най-трудния режим на работа на превключвателя в сравнение с кадри от различен формат с еднаква честотна лента на прехвърления потребителски данни. Следователно, при тестване на превключвател, режимът с минимална дължина на рамката се използва като най-трудния тест, който трябва да провери способността на превключвателя да работи при най-лошата комбинация от параметри на трафика за него. Освен това за пакети с минимална дължина скоростите на филтриране и препращане имат максимална стойност, което е от немалко значение при рекламиране на комутатор.

Честотна лента

Превключете честотна лента измерва се чрез количеството потребителски данни, предавани за единица време през неговите портове. Тъй като комутаторът работи на слоя на връзката, потребителските данни за него са данните, които се пренасят в полето за данни на кадрите на протоколите на свързващия слой - Ethernet, Token Ring, FDDI и др. Максималната стойност на пропускателната способност на превключвателя винаги се постига на кадри с максимална дължина, тъй като в този случай делът на режийните разходи за сервизната информация на рамката е много по-нисък, отколкото за кадри с минимална дължина, а времето за превключването за извършване на операции за обработка на кадри на един байт потребителска информация е значително по-малко.

Зависимостта на пропускателната способност на превключвателя от размера на предаваните кадри е добре илюстрирана от примера на Ethernet протокола, за който при предаване на кадри с минимална дължина скорост на предаване е 14880 кадъра в секунда и пропускателна способност 5,48 Постига се Mb/s, а при предаване на кадри с максимална дължина се постига скорост на предаване от 812. кадъра в секунда и честотна лента 9.74 Mb/s. Пропускателната способност пада почти два пъти при превключване към най-късите кадри и това не отчита загубата на време за обработка на кадри от превключвателя.

Закъснение на предаването

Закъснение при предаване на кадър 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 изходния порт на комутатора. Латентността е сумата от времето, необходимо за буфериране на байтовете на рамката, плюс времето, необходимо за обработка на кадъра от превключвателя – потърсете адресната таблица, решете дали да филтрирате или препратете и получите достъп до изхода среда на пристанището.

Размерът на закъснението, въведено от превключвателя, зависи от неговия режим на 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 минималната дължина на рамката).

Превключвателят е многопортово устройство, поради което е обичайно да дава всички горепосочени характеристики (с изключение на забавяне на предаването на кадри) в две версии. Първата опция е общата производителност на комутатора с едновременно предаване на трафик през всичките му портове, втората опция е производителността на порт.

Тъй като при едновременното предаване на трафик от няколко порта има огромен брой опции за трафик, които се различават по размера на кадрите в потока, разпределението на средната интензивност на потоците от кадри между портовете на местоназначението, коефициентите на вариация в интензитета на кадрови потоци и др. и т.н., тогава при сравняване на комутатори по производителност е необходимо да се вземе предвид за кой тип трафик са получени публикуваните данни за производителността. За съжаление, за комутатори (както и за рутери) няма общоприети модели на тестов трафик, които могат да се използват за получаване на сравними характеристики на производителност, както се прави за получаване на характеристики на производителност на изчислителни системи като TPC-A или SPECint92. Някои лаборатории, които постоянно тестват комуникационно оборудване, са разработили подробни описания на условията за тестване на превключватели и ги използват в практиката си, но тези тестове все още не са станали общоиндустриални.

производителностса:

• скорост на филтриране на кадри;
• скорост на напредване на кадрите;
• честотна лента;
• забавяне на предаванетокадър.

Освен това има няколко характеристики на превключвателя, които влияят най-много на посочените характеристики на работа. Те включват:

• вид комутация;
• размерът на буфера на рамката (s);
• производителност на превключващата матрица;
• производителността на процесора или процесорите;
• размерът превключващи маси.

Скорост на филтриране и скорост на напредване на кадрите

Скоростта на филтриране и препращане на кадри са двете основни характеристики на превключвателя. Тези характеристики са интегрални индикатори и не зависят от това как е технически изпълнен превключвателят.

Скорост на филтриране

• получаване на рамка в собствен буфер;
• отхвърляне на рамка, ако в нея се открие грешка (не съвпада чекова сума, или рамката е по-малка от 64 байта или повече от 1518 байта);
• пускане на рамка за премахване на мрежови вериги;
• пуснете рамка в съответствие с филтрите, конфигурирани на порта;
• гледане превключващи масиза да намерите порта на местоназначението въз основа на MAC адреса на приемника на рамката и да пуснете рамката, ако подателят и получателят на рамката са свързани към един и същ порт.

Скоростта на филтриране на почти всички превключватели е неблокираща - превключвателят има време да пуска кадри със скоростта на тяхното пристигане.

Скорост на пренасочванеопределя скоростта, с която превключвателят изпълнява следните стъпки за обработка на кадри:

• получаване на рамка в собствен буфер;
• гледане превключващи масиза да се намери порта на местоназначението въз основа на MAC адреса на получателя на рамката;
• предаване на рамката към мрежата чрез намерените на превключваща масапристанище на местоназначение.

Както скоростта на филтриране, така и скоростта на напредване обикновено се измерват в кадри в секунда. Ако характеристиките на превключвателя не уточняват за кой протокол и за кой размер на рамката са дадени стойностите на скоростите на филтриране и препращане, тогава по подразбиране се счита, че тези индикатори са дадени за Ethernet протокола и кадри с минимален размер , тоест кадри с дължина 64 байта (без преамбюл) с поле за данни от 46 байта. Използването на минималната дължина на рамката като основен индикатор за скоростта на обработка на превключвателя се дължи на факта, че такива кадри винаги създават най-тежкия режим на работа за превключвателя в сравнение с кадри от различен формат с еднаква честотна лента на предаваните потребителски данни. Следователно, при тестване на превключвател, режимът на предаване на най-късата рамка се използва като най-трудния тест, който трябва да провери способността на превключвателя да работи при най-лошата комбинация от параметри на трафика.

Пропускателна способност за превключванеизмерва се чрез количеството потребителски данни (в мегабити или гигабити в секунда), 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 на връзката - Ethernet, Fast Ethernet и др. В този случай делът на режийните разходи за служебната информация на кадъра е много по-ниска, отколкото за кадри с минимална дължина, а времето за извършване на операции за обработка на рамката на превключвателя на един байт потребителска информация е значително по-малко. Следователно превключвателят може да блокира за най-късите кадри, но все пак има много добри скорости на пропускателна способност.

Закъснение при прехвърляне на кадър (закъснение напред)се измерва като времето, изминало от момента, в който първият байт от рамката пристигне на входния порт на превключвателя до момента, в който този байт се появи на неговия изходен порт. Латентността е сумата от времето, необходимо за буфериране на байтовете на рамката, както и времето, необходимо за обработка на рамката от превключвателя, а именно за преглед превключващи маси, като реши да популяризира и да получи достъп до средата на изходното пристанище.

Размерът на закъснението, въведено от превключвателя, зависи от метода на превключване, който използва. 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 таблицата за превключване

Максимален капацитет превключващи масиопределя лимитирана сума MAC адреси, с които превключвателят може да работи едновременно. V 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 масазависи от приложението на превключвателя. D-Link работни групи и малки офис комутатори обикновено поддържат таблица с MAC адреси от 1K до 8K. Големите комутатори за работни групи поддържат 8K до 16K MAC адресни таблици, докато гръбначните комутатори обикновено поддържат 16K до 64K или повече.

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

Размер на буфера на рамката

За осигуряване на временно съхранение на кадри в случаите, когато те не могат да бъдат незабавно предадени към изходния порт, суичовете, в зависимост от внедрената архитектура, са оборудвани с буфери на входните, изходните портове или общ буфер за всички портове. Размерът на буфера влияе както върху латентността при трансфер на кадри, така и върху скоростта на загуба на пакети. Следователно, колкото по-голяма е буферната памет, толкова по-малка е вероятността от загуба на кадри.

Обикновено комутаторите, предназначени 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 от няколко мегабайта.

Основните технически параметри, които могат да бъдат оценени за превключвател, изграден с всякаква архитектура, са скоростта на филтриране и скоростта на пренасочване.

Скоростта на филтриране определя броя кадри в секунда, с които превключвателят има време да изпълни следните операции:

• получаване на рамка в собствен буфер;
• намиране на порта за адреса на дестинацията на рамката в таблицата с адреси;
• унищожаване на рамката (портът на местоназначението е същият като порта източник).

Скоростта на напредване, по аналогия с предишния параграф, определя броя на кадрите в секунда, които могат да бъдат обработени съгласно следния алгоритъм:

• получаване на рамка в собствен буфер,
• намиране на порта за адреса на дестинацията на рамката;
• предаване на кадри към мрежата през намерения порт на местоназначението (съгласно адресната таблица на кореспонденция).

По подразбиране тези индикатори се считат за измервани Ethernet протоколза кадри с минимален размер (64 байта дълги). Тъй като анализът на хедъра отнема по-голямата част от времето, колкото по-къси са предаваните кадри, толкова по-сериозно е натоварването, което те натоварват на процесора и шината на комутаторите.

Следващите най-важни технически параметри на превключвателя ще бъдат:

• пропускателна способност;
• забавяне на предаването на кадри.
• размера на вътрешната адресна таблица.
• размерът на буфера на рамката (s);
• производителност на превключвателя;

Пропускателната способност се измерва с количеството данни, предавани през портове за единица време. Естествено, колкото по-дълга е дължината на кадъра (повече данни са прикрепени към един хедър), толкова по-голяма трябва да има честотна лента. Така че, при типична за такива устройства "паспортна" скорост на напредване от 14880 кадъра в секунда, пропускателната способност ще бъде 5,48 Mb / s за пакети от 64 байта, а ограничението на скоростта на предаване на данни ще бъде наложено от превключвателя.

В същото време, при предаване на кадри с максимална дължина (1500 байта), предварителната скорост ще бъде 812 кадъра в секунда, а честотната лента ще бъде 9,74 Mb / s. Всъщност лимитът за трансфер на данни ще се определя от скоростта на Ethernet протокола.

Закъснение при трансфер на кадър означава времето, изминало от момента, в който кадърът е бил записан в буфера на входния порт на комутатора, докато се появи на неговия изходен порт. Може да се каже, че това е предварителното време на един кадър (буфериране, сканиране на таблици, решаване дали да се филтрира или препраща и получаване на достъп до средата на изходния порт).

Размерът на закъснението зависи много от начина, по който кадрите са напреднали. Ако се използва методът на превключване „on-the-fly”, закъсненията са малки и варират от 10 μs до 40 μs, докато при пълно буфериране – от 50 μs до 200 μs (в зависимост от дължината на кадъра).

В случай на голямо натоварване на комутатора (или дори на един от неговите портове) се оказва, че дори при превключване „в движение“, повечето от входящите кадри са принудени да се буферират. Следователно, най-сложните и скъпи модели имат възможност за автоматична промяна на механизма на работа (адаптация) на превключвателя в зависимост от натоварването и естеството на трафика.

Размерът на адресната таблица (CAM таблица). Определя максималния брой MAC адреси, които се съдържат в таблицата за съпоставяне на портове и MAC адреси. В техническата документация един порт обикновено се посочва като брой адреси, но понякога се случва размерът на паметта за таблицата да е посочен в килобайти (един запис отнема най-малко 8 kb и е много изгодно за безскрупулен производител за да "замените" номера).

За всеки порт таблицата за съответствие на CAM може да бъде различна, а когато препълва, най-много старо вписванесе изтрива, а новият се въвежда в таблицата. Следователно, ако броят на адресите бъде превишен, мрежата може да продължи да работи, но работата на самия превключвател ще се забави значително и свързаните към него сегменти ще бъдат натоварени с излишен трафик.

По-рано имаше модели (например 3com SuperStack II 1000 Desktop), в които размерът на таблицата позволяваше да се съхраняват един или повече адреси, което наложи да бъдете много внимателни по отношение на дизайна на мрежата. Сега обаче дори най-евтините настолни комутатори имат таблица с 2-3K адреси (и гръбнака още повече) и този параметър престана да бъде технологично тесно място.

Размер на буфера. Необходимо е комутаторът временно да съхранява кадри от данни в случаите, когато не е възможно незабавно да ги прехвърлите към порта на местоназначението. Ясно е, че трафикът е неравномерен, винаги има вълни, които трябва да бъдат изгладени. И колкото по-голям е размерът на буфера, толкова повече натоварване може да "поеме".

Моделите на обикновените комутатори имат буферна памет от няколкостотин килобайта на порт, повече от скъпи моделитази стойност достига няколко мегабайта.

Превключвателна производителност. На първо място, трябва да се отбележи, че комутаторът е сложно многопортово устройство и точно така, за всеки параметър поотделно, е невъзможно да се оцени неговата пригодност за решаване на даден проблем. Има голям брой опции за трафик, с различна интензивност, размери на рамката, разпределение на портове и т.н. Все още няма обща методология за оценка (референтен трафик), а се използват различни „корпоративни тестове“. Те са доста сложни и тази книга ще трябва да се ограничим само до общи препоръки.

Идеалният комутатор трябва да прехвърля кадри между портовете със същата скорост, с която свързаните възли ги генерират, без загуба и без въвеждане на допълнителни закъснения. За това вътрешните елементи на превключвателя (портови процесори, междумодулна шина, процесори т.н.) трябва да може да обработва входящия трафик.

В същото време на практика има много доста обективни ограничения върху възможностите на превключвателите. Класическият случай, когато няколко мрежови възела взаимодействат интензивно с един сървър, неизбежно ще доведе до намаляване на реалната производителност поради фиксираната скорост на протокола.

Днес производителите са усвоили напълно производството на превключватели (10 / 100baseT), дори много евтини модели имат достатъчна честотна лента и доста бързи процесори. Проблемите започват, когато са необходими по-сложни методи за ограничаване на скоростта на свързани възли (обратно налягане), филтриране и други протоколи, разгледани по-долу.

В заключение трябва да се каже, че най-добрият критерийвсе още е практика, при която комутаторът показва своите възможности в реална мрежа.

Допълнителни функции на превключвателите.

Както бе споменато по-горе, съвременните комутатори имат толкова много възможности, че конвенционалното превключване (което изглеждаше като технологично чудо преди десет години) избледнява на заден план. Всъщност моделите на цена от $ 50 до $ 5000 са в състояние да сменят рамки бързо и с относително високо качество. Разликата е именно в допълнителните функции.

Ясно е, че най-голямото числоуправляваните комутатори имат допълнителни възможности. По-нататък в описанието ще бъдат специално подчертани опциите, които обикновено не могат да бъдат правилно приложени на конфигурируеми превключватели.

Свързване на превключватели в стек. Тази допълнителна опция е една от най-простите и широко използвани в големи мрежи... Неговото значение е да се свържат няколко устройства с високоскоростна обща шина, за да се увеличи производителността на комуникационния възел. В същото време понякога могат да се използват опциите за общо управление, наблюдение и диагностика.

Трябва да се отбележи, че не всички доставчици използват технологията за свързване на превключватели с помощта на специални портове (подреждане). В тази област гигабитовите Ethernet линии стават все по-разпространени или чрез групиране на няколко (до 8) порта в един комуникационен канал.

Протокол за обхващащо дърво (STP). За прости локални мрежи не е трудно да се поддържа правилната Ethernet топология (йерархична звезда) по време на работа. Но при голяма инфраструктура това се превръща в сериозен проблем - неправилното маршалиране (затваряне на сегмент в пръстен) може да доведе до спиране на функционирането на цялата мрежа или част от нея. И намирането на мястото на инцидент може да не е лесно.

От друга страна, такива излишни връзки често са удобни (много транспортни мрежи за предаване на данни са изградени точно върху пръстеновидна архитектура) и могат значително да повишат надеждността - ако има правилен механизъм за обработка на цикъл.

За решаването на този проблем се използва протоколът Spanning Tree Protocol (STP), при който превключвателите автоматично създават активна дървовидна конфигурация на връзки, намирайки я с помощта на обмен на сервизни пакети (Bridge Protocol Data Unit, BPDU), които се поставят в полето за данни на Ethernet рамката. В резултат на това портовете, на които са затворени контурите, са блокирани, но могат да бъдат включени автоматично в случай на прекъсване на основния канал.

По този начин STA технологията осигурява поддръжка на излишни връзки в мрежа със сложна топология и възможността за нейното автоматични променибез участието на администратора. Тази функция е повече от полезна в големи (или разпределени) мрежи, но поради своята сложност рядко се използва в конфигурируеми комутатори.

Начини за управление на входящия поток. Както бе отбелязано по-горе, при неравномерно натоварване на превключвателя, той просто не може физически да премине потока от данни през себе си с пълна скорост. Но е крайно нежелателно просто да пускате допълнителни кадри по очевидни причини (например прекъсване на TCP сесии). Следователно е необходимо да се използва механизъм за ограничаване на интензивността на трафика, предаван от възела.

Има два възможни начина - агресивно изземване на предавателната среда (например превключвателят може да не се придържа към стандартните интервали от време). Но този метод е подходящ само за "общи" медии за предаване, които рядко се използват в комутирани Ethernet. Методът на обратното налягане има същия недостатък, при който фиктивните рамки се предават към възела.

Следователно на практика се търси технологията Advanced Flow Control (описана в стандарта IEEE 802.3x), чийто смисъл е прехвърлянето на специални кадри за "пауза" от превключвателя към възела.

Филтриране на трафика. Често е много полезно да зададете допълнителни условия за филтриране на кадри за входящи или изходящи кадри на портовете на комутатора. По този начин можете да ограничите достъпа определени групипотребителите към конкретни мрежови услуги, използващи MAC адреса или маркера за виртуална мрежа.

По правило условията за филтриране се записват под формата на булеви изрази, формирани с помощта на логически операцииИ и ИЛИ.

Сложното филтриране изисква допълнителна мощност на обработка от превключвателя и ако е недостатъчна, може значително да намали производителността на устройството.

Филтрирането е от съществено значение за мрежи, в които крайните потребители са „търговски“ абонати, чието поведение не може да бъде регулирано с административни мерки. Тъй като те могат да предприемат неоторизирани разрушителни действия (например измамни IP или Мак адресвашия компютър), желателно е да осигурите минимум възможности за това.

Превключване на слой 3. Поради бързия растеж на скоростите и широкото използване на превключватели, днес има видима разлика между възможностите за превключване и класическото маршрутизиране, използващо универсални компютри... Най-логичното в тази ситуация е да се даде възможност на управлявания превключвател да анализира кадри на третия слой (според 7-слойния OSI модел). Такова опростено маршрутизиране прави възможно значително увеличаване на скоростта, по-гъвкаво управление на трафика на голяма LAN.

Въпреки това, в транспортните мрежи за предаване на данни използването на комутатори все още е много ограничено, въпреки че тенденцията за заличаване на техните различия от рутерите по отношение на възможностите е доста ясно проследена.

Възможности за управление и наблюдение. Обширен допълнителни функциипредполагат усъвършенствани и лесни за използване контроли. Преди това прости устройстваможе да се управлява от няколко бутона чрез малък цифров индикатор, или през конзолния порт. Но това вече е в миналото - наскоро се произвеждат комутатори с управление чрез обикновен 10/100baseT порт, използвайки Telnet, уеб браузър или чрез протокола SNMP. Ви позволява да използвате превключвателя като наистина универсален инструмент.

За Etherenet интерес представляват само разширенията му - RMON и SMON. RMON-I е описан по-долу, в допълнение към него има RMON-II (засяга повече високи нива OSI). Освен това в превключвателите на "средно ниво" като правило се изпълняват само RMON групи 1-4 и 9.

Принципът на действие е следният: RMON агентите на комутаторите изпращат информация до централния сървър, където има специален софтуер(например HP OpenView) обработва информация, представяйки я в лесна за администриране форма.

Освен това процесът може да се контролира - чрез отдалечена промяна на настройките върнете мрежата към нормалното. В допълнение към наблюдението и управлението, SNMP може да се използва за изграждане на система за фактуриране. Въпреки че това изглежда малко екзотично, вече има примери за реално използване на този механизъм.

Стандартът RMON-I MIB описва 9 групи обекти:

1. Статистика - текущи натрупани статистически данни за характеристиките на кадрите, броя на сблъсъците, грешните кадри (с подробности по видове грешки) и др.
2. История – статистически данни, записани на редовни интервали за последващ анализ на тенденциите в техните промени.
3. Аларми - статистически прагове, над които RMON агентът генерира конкретно събитие. Внедряването на тази група изисква внедряване на групата Събития.
4. Хост - данни за хостовете в мрежата, открити в резултат на анализ на MAC адресите на фреймовете, циркулиращи в мрежата.
5. Host TopN - таблица от N хостове в мрежата с най-високи стойности на посочените статистически параметри.
6. Traffic Matrix - статистика за интензитета на трафика между всяка двойка хостове в мрежата, сортирана в матрица.
7. Filter - условия за филтриране на пакети; пакети, които отговарят на дадено условие, могат да бъдат уловени или да генерират събития.
8. Улавяне на пакети – група пакети, уловени при определени условия на филтриране.
9. Събитие - условия за регистриране на събития и известяване за събития.

По-подробно изследване на възможностите на SNMP ще изисква не по-малко обем от тази книга, така че ще бъде препоръчително да се спрем на това, много общо описаниетози сложен, но мощен инструмент.

Виртуални мрежи (Virtual Local-Area Network, VLAN). Това е може би най-важната (особено за домашни мрежи) и широко използвана характеристика на съвременните комутатори. Трябва да се отбележи, че има няколко принципно различни начина за изграждане виртуални мрежис помощта на превключватели. Поради голямото му значение за предоставянето на Ethernet, подробното му описание на технологията ще бъде направено в една от следващите глави.

Краткият смисъл е да се използват комутатори (2 нива на модела OSI), за да се направят няколко виртуални (независими една от друга мрежи) в една физическа Ethernet LAN, което позволява на централния рутер да управлява портове (или групи от портове) на отдалечени комутатори. Това всъщност прави VLAN много удобно средство за предоставяне на услуги за пренос на данни (доставчик).