Proračuni prometa. Tehnički parametri prekidača Propusni opseg prekidača

Iako svi prekidači imaju mnogo toga zajedničkog, ima smisla podijeliti ih u dvije klase za različite zadatke.

Prekidači radne grupe

Prekidači radne grupe pružaju namjenski propusni opseg kada se povezuju bilo koji par hostova povezanih na portove komutatora. Ako su portovi iste brzine, primalac paketa mora biti slobodan da izbjegne blokiranje.

Podržavajući najmanje broj adresa koje mogu biti prisutne na segmentu za svaki port, komutator pruža namjenski propusni opseg od 10 Mbps za svaki port. Svaki port na komutatoru je povezan sa jedinstvenom adresom za Ethernet uređaj povezan na taj port.

Fizička tačka-točka veza između prekidača radne grupe i 10Base-T čvorova je tipično neoklopljeni kabl sa upredenim paricama, a čvorovi su instalirani sa 10Base-T opremom.

Prekidači radne grupe mogu raditi na 10 ili 100 Mbps za različite portove. Ova mogućnost smanjuje blokiranje pri pokušaju uspostavljanja višestrukih 10 Mbps klijentskih veza s jednim portom velike brzine. U klijent-server radnim grupama, više klijenata od 10 Mbps može pristupiti serveru spojenom na port od 100 Mbps. U primeru prikazanom na slici 8, tri 10 Mbps čvora istovremeno pristupaju serveru na 100 Mbps portu. Od propusnog opsega od 100 Mbps koji je dostupan za pristup serveru, koristi se 30 Mbps, a 70 Mbps je dostupno za istovremena veza na server još sedam uređaja 10 Mbps virtuelnim kanalima.

Podrška za različite brzine je također korisna za povezivanje Ethernet multicast svičeva koji koriste 100 Mbps Fast Ethernet (100Base-T) čvorišta kao lokalne okosnice. U konfiguraciji prikazanoj na slici 9, prekidači koji podržavaju 10 Mbps i 100 Mbps povezani su na čvorište od 100 Mbps. Lokalni saobraćaj ostaje unutar radna grupa dok se ostatak saobraćaja šalje u mrežu preko 100 Mbps Ethernet čvorišta.

Da bi se spojio na repetitor od 10 ili 100 Mbps, komutator mora imati port koji može upravljati velikim brojem Ethernet adresa.

Glavna prednost komutatora radne grupe je visoka mrežna performansa na nivou radne grupe pružajući svakom korisniku namjenski propusni opseg (10 Mbps). Osim toga, prekidači smanjuju (do nule) broj kolizija - za razliku od dolje opisanih prekidača okosnica, prekidači radne grupe neće prenositi fragmente kolizije na odredišta. Prekidači radne grupe vam omogućavaju da u potpunosti sačuvate mrežnu infrastrukturu sa strane klijenta, uključujući programe, mrežni adapteri, kablovi. Cijena po portu za komutatore radne grupe danas je uporediva s onom za upravljano čvorište.

Backbone prekidači

Trunk prekidači pružaju vezu srednje brzine između para nezauzetih Ethernet segmenata. Ako je brzina porta za pošiljaoca i primaoca ista, segment prijemnika mora biti slobodan kako bi se izbjeglo blokiranje.

Na nivou radne grupe, svaki čvor dijeli propusni opseg od 10 Mbps sa drugim čvorovima u istom segmentu. Paket adresiran izvan ove grupe će biti proslijeđen od strane glavnog prekidača kao što je prikazano na slici 10. Backbone switch omogućava da se paketi istovremeno prenose srednjom brzinom između bilo kojeg para njegovih portova. Poput prekidača za radnu grupu, trunk svičevi mogu podržavati različite brzine za svoje portove. Trunk prekidači mogu raditi sa 10Base-T i koaksijalnim segmentima. U većini slučajeva, korištenje backbone prekidača omogućava lakše i više efikasan metod poboljšane mrežne performanse u odnosu na rutere i mostove.

Glavni nedostatak pri radu sa glavnim prekidačima je to što na nivou radne grupe korisnici rade sa zajedničkim okruženjem ako su povezani na segmente organizovane na osnovu repetitora ili koaksijalnog kabla. Štaviše, vrijeme odgovora na nivou radne grupe može biti prilično dugo. Za razliku od čvorova povezanih na portove komutatora, čvorovima koji se nalaze u 10Base-T ili koaksijalnim segmentima nije zagarantovana propusnost od 10 Mbps i često moraju čekati dok drugi čvorovi ne završe sa slanjem svojih paketa. Na nivou radne grupe, kolizije su i dalje sačuvane, a fragmenti paketa sa greškama biće prosleđeni svim mrežama koje su povezane na okosnicu. Ovi nedostaci se mogu izbjeći korištenjem prekidača na nivou radne grupe umjesto 10Base-T čvorišta. U najzahtjevnijim aplikacijama, komutator od 100 Mbps može djelovati kao okosnica velike brzine za komutatore radne grupe sa 10 i 100 Mbps portovima, 100 Mbps čvorišta i servere sa 100 Mbps Ethernet adapterima.

Poređenje sposobnosti

Glavna svojstva Ethernet prekidača prikazana su u tabeli:

Prednosti Ethernet prekidača

Sljedeće su glavne prednosti korištenja Ethernet prekidača:
Povećajte produktivnost brzim vezama između Ethernet segmenata (kičmeni prekidači) ili mrežnih čvorova (prekidači radne grupe). Za razliku od zajedničkog okruženja, Ethernet komutatori mogu obezbijediti integrirano povećanje performansi kako se korisnici ili segmenti dodaju u mrežu.
Smanjene kolizije, posebno kada je svaki korisnik povezan na poseban port na prekidaču.
Niski troškovi u tranziciji sa zajedničkog na komutirano okruženje održavanjem postojeće 10 Mbps Ethernet infrastrukture (kablovi, adapteri, programi).
Poboljšava sigurnost prenosom paketa samo na port na koji je odredište povezano.
Niska i predvidljiva latencija zbog činjenice da opseg dijeli mali broj korisnika (idealno jedan).

Poređenje mrežnih uređaja

Ponavljači

Ethernet repetitori, koji se često nazivaju čvorištima ili čvorištima u kontekstu 10Base-T mreža, rade u skladu sa IEEE 802.3 standardom. Repetitor jednostavno prenosi primljene pakete na sve svoje portove, bez obzira na odredište.

Iako svi uređaji povezani na Ethernet repetitor (uključujući druge repetitore) "vide" sav mrežni promet, samo odredišni čvor bi trebao primiti paket. Svi ostali čvorovi MORAJU ignorisati ovaj paket. neki mrežni uređaji (na primjer, analizatori protokola) rade na osnovu toga da je mrežni medij (kao što je Ethernet) javno dostupan i analiziraju sav mrežni promet. Za neka okruženja, međutim, mogućnost svakog čvora da vidi sve pakete je neprihvatljiva iz sigurnosnih razloga.

Sa stanovišta performansi, repetitori jednostavno emituju pakete koristeći čitav propusni opseg kanala. Latencija koju uvodi repetitor je vrlo mala (manje od 3 mikrosekunde prema IEEE 802.3). Mreže koje sadrže repetitore imaju propusni opseg od 10 Mbps sličan koaksijalnom segmentu i transparentne su za većinu mrežni protokoli kao što su TCP / IP i IPX.

Mostovi

Mostovi rade u skladu sa IEEE 802.1d standardom. Kao i Ethernet svičevi, mostovi su agnostički za protokol i prosljeđuju pakete na port na koji je odredište povezano. Međutim, za razliku od većine Ethernet prekidača, mostovi ne prosljeđuju kolizije i pakete grešaka jer se svi paketi baferuju prije slanja na odredišni port. Baferovanje paketa (spremi-i-prosledi) uvodi kašnjenje u poređenju sa prebacivanjem u letu. Mostovi mogu pružiti performanse jednake propusnosti okruženja, ali unutrašnje blokiranje malo usporava njihov rad.

Ruteri

Rad rutera zavisi od mrežnih protokola i određen je informacijama u vezi sa protokolom koje se prenose u paketu. Kao i mostovi, ruteri ne šalju fragmente paketa na odredište kada dođe do kolizije. Usmjerivači pohranjuju cijeli paket u svoju memoriju prije nego što ga prenesu na odredište, stoga, kada se koriste ruteri, paketi se prenose sa zakašnjenjem. Ruteri mogu da obezbede propusni opseg jednak propusnom opsegu kanala, ali ih karakteriše prisustvo unutrašnjeg blokiranja. Za razliku od repetitora, mostova i prekidača, ruteri modificiraju sve prenesene pakete.

Sažetak

Glavne razlike između mrežnih uređaja prikazane su u tabeli 2.

Ovaj LAN je izgrađen na prekidačima, tako da se u ovom poglavlju razmatraju ključne karakteristike performansi svičeva.

Glavne karakteristike prekidača koje mjere njegove performanse su:

- brzina filtriranja;
- brzina rutiranja (prosleđivanje);
- propusnost;
- kašnjenje prijenosa okvira.

Osim toga, postoji nekoliko karakteristika prekidača koje najviše utiču na specificirane karakteristike performansi. To uključuje:

- veličina bafera okvira (s);
- performanse interne sabirnice;
- performanse procesora ili procesora;
- veličina tabele internih adresa.

Brzine filtriranja i prosljeđivanja okvira su dvije glavne karakteristike performansi prekidača. Ove karakteristike su integralni pokazatelji, ne zavise od toga kako je prekidač tehnički implementiran.

Brzina filtriranja određuje brzinu kojom prekidač izvodi sljedeće faze obrade okvira:

- primanje okvira u vlastiti bafer;
- uništenje okvira, budući da je njegov odredišni port isti kao i izvorni port.

Brzina prosljeđivanja određuje brzinu kojom komutator izvodi sljedeće faze obrade okvira:

- primanje okvira u vlastiti bafer;
- pregled tablice adresa kako bi se pronašao port za odredišnu adresu okvira;
- prijenos okvira u mrežu preko odredišnog porta koji se nalazi u tablici adresa.

Upotreba okvira minimalne dužine kao glavnog pokazatelja brzine prekidača je zbog činjenice da takvi okviri uvijek stvaraju najteži način rada za prekidač u poređenju sa okvirima različitog formata sa jednakom propusnošću prenesenog korisničke podatke. Stoga se pri testiranju prekidača kao najteži test koristi način prijenosa najkraćeg okvira, koji mora provjeriti sposobnost prekidača da radi pod najgorom kombinacijom saobraćajnih parametara za njega. Osim toga, za pakete minimalne dužine, brzine filtriranja i prosljeđivanja imaju maksimalnu vrijednost, što je od velike važnosti kada se reklamira komutator.

Bandwidth Prekidač se mjeri količinom korisničkih podataka koji se prenose po jedinici vremena kroz njegove portove. Pošto komutator radi na nivou veze, korisnički podaci za njega su podaci koji se prenose u polju podataka okvira protokola. sloj veze- Ethernet, Token Ring, FDDI, itd. Maksimalna vrijednost propusni opseg prekidača se uvijek postiže na okvirima maksimalna dužina, budući da je u ovom slučaju udio režijskih troškova za servisne informacije okvira mnogo manji nego za okvire minimalne dužine, a vrijeme za komutaciju za obavljanje operacija obrade okvira po jednom bajtu korisničke informacije je znatno manje.

Ovisnost propusnosti komutatora od veličine odašiljanih okvira dobro je ilustrovana primjerom Ethernet protokola, za koji je pri prijenosu okvira minimalne dužine brzina prijenosa 14880 sličica u sekundi i propusnost 5,48 Postiže se Mbps, a pri prenošenju okvira maksimalne dužine postiže se brzina prijenosa od 812 frejmova u sekundi i propusni opseg od 9,74 Mbps. Propusnost opada skoro dva puta pri prelasku na najkraće okvire, a to ne uzima u obzir gubitak vremena za obradu okvira od strane prekidača.

Latencija prijenosa okvira mjeri se kao vrijeme proteklo od trenutka kada prvi bajt okvira stigne na ulazni port prekidača do trenutka kada se ovaj bajt pojavi na izlaznom portu prekidača. Latencija je zbir vremena potrebnog za baferovanje bajtova okvira, plus vrijeme potrebno za obradu okvira od strane prekidača – traženje adresne tablice, odlučivanje da li filtrirati ili proslijediti i dobivanje pristupa izlaznom lučko okruženje.

Količina kašnjenja koju uvodi prekidač zavisi od njegovog načina rada. Ako se prebacivanje vrši "u hodu", onda su kašnjenja obično mala i kreću se od 10 µs do 40 µs, a kod puferiranja punog okvira - od 50 µs do 200 µs (za minimalnu dužinu okvira).

Prekidač je uređaj sa više portova, stoga je uobičajeno da sve gore navedene karakteristike (osim kašnjenja prijenosa okvira) daje u dvije verzije. Prva opcija je ukupne performanse komutatora uz istovremeni prijenos saobraćaja preko svih njegovih portova, druga opcija je performanse po portu.

Procjena potrebnog ukupne performanse prekidač.

U idealnom slučaju, prekidač instaliran u mreži prenosi okvire između čvorova povezanih na njegove portove brzinom kojom čvorovi generiraju ove okvire, bez uvođenja dodatnih kašnjenja ili gubitka jednog okvira. U stvarnoj praksi komutator uvijek unosi neka kašnjenja u prijenosu okvira, a može i izgubiti neke okvire, odnosno ne isporučiti ih primaocima. Zbog razlika u unutrašnjoj organizaciji različiti modeli komutatora, teško je predvidjeti kako će određeni komutator prenositi okvire za određeni obrazac prometa. Najbolji kriterij je i dalje praksa postavljanja prekidača u realnu mrežu i mjerenja njegovih unesenih kašnjenja i broja izgubljenih okvira.

Pored propusnog opsega pojedinačni elementi performanse prekidača, kao što su procesori portova ili dijeljena magistrala, na performanse komutatora utječu parametri kao što su veličina tablice adresa i veličina dijeljenog bafera ili pojedinačnih bafera portova.

Veličina tabele adresa.

Maksimalni kapacitet tablice adresa određuje maksimalan broj MAC adresa na kojima komutator može istovremeno raditi. Budući da svičevi najčešće koriste namjensku procesorsku jedinicu za obavljanje operacija na svakom portu s vlastitom memorijom za pohranjivanje instance tablice adresa, veličina tablice adresa za prekidače se obično daje po portu. Instance adresne tablice različitih procesorskih modula ne sadrže nužno iste informacije o adresi - najvjerovatnije neće biti mnogo duplih adresa, osim ako je distribucija saobraćaja sa svakog porta potpuno jednako vjerovatna između ostalih portova. Svaki port pohranjuje samo skupove adresa koje je nedavno koristio.

Maksimalan broj MAC adresa koje procesor porta može zapamtiti ovisi o primjeni prekidača. Prekidači radne grupe obično podržavaju samo nekoliko adresa po portu jer su dizajnirani da formiraju mikro-segmente. Prekidači odjela moraju podržavati nekoliko stotina adresa, a mrežni prekidači okosnice do nekoliko hiljada, obično 4K do 8K adresa.

Nedovoljan kapacitet tabele adresa može usporiti prekidač i začepiti mrežu viškom saobraćaja. Ako je tabela adresa port procesora potpuno puna, i naiđe na novu izvornu adresu u dolaznom paketu, tada bi trebao izmijeniti bilo koju staru adresu iz tablice i na njeno mjesto staviti novu. Ova operacija sama po sebi će oduzeti malo vremena procesora, ali glavni gubitak performansi će se primijetiti kada stigne okvir sa odredišnom adresom, koja je morala biti uklonjena iz tablice adresa. Pošto je odredišna adresa okvira nepoznata, komutator mora proslijediti ovaj okvir na sve ostale portove. Ova operacija će stvoriti nepotreban rad za mnoge port procesore, osim toga, kopije ovog okvira će pasti i na one segmente mreže gdje su potpuno nepotrebne.

Neki proizvođači prekidača rješavaju ovaj problem mijenjajući način na koji rukuju okvirima s nepoznatim odredištem. Jedan od portova komutatora je konfigurisan kao trunk port, na koji se, podrazumevano, prosleđuju svi okviri sa nepoznatom adresom. U ruterima se ova tehnika koristi već duže vrijeme, omogućavajući vam da smanjite veličinu adresnih tablica u mrežama organiziranim prema hijerarhijskom principu.

Okvir se šalje na trunk port pod pretpostavkom da je ovaj port povezan na uzvodni prekidač koji ima dovoljan kapacitet adresne tablice i zna gdje da pošalje bilo koji okvir. Primjer uspješnog prijenosa okvira korištenjem trunk porta prikazan je na slici 4.1. Prekidač vrhunski nivo ima informacije o svim čvorovima u mreži, pa se okvir sa odredišnom MAC3 adresom, koji mu se prenosi preko trunk porta, prenosi na njega preko porta 2 do komutatora na koji je povezan čvor sa MAC3 adresom.

Slika 4.1 – Korišćenje trunk porta za isporuku okvira sa nepoznatom odredišnom adresom

Iako će metoda trunk porta djelotvorno raditi u mnogim slučajevima, moguće je zamisliti situacije u kojima će okviri jednostavno biti izgubljeni. Jedna od ovih situacija je prikazana na slici 4.2. Prekidač nižeg nivoa je uklonio MAC8 adresu, koja je povezana na njegov port 4, iz svoje adresne tablice kako bi napravio prostor za novu MAC3 adresu. Kada okvir stigne sa odredišnom MAC8 adresom, komutator ga šalje na trunk port 5, kroz koji okvir ulazi u komutator višeg nivoa. Ovaj prekidač vidi iz svoje adresne tablice da MAC8 adresa pripada njegovom portu 1, preko kojeg je ušao u svič. Dakle, okvir se ne obrađuje dalje i jednostavno se filtrira, te stoga ne stiže do primatelja. Zbog toga je pouzdanije koristiti komutatore sa dovoljnim brojem tabela adresa za svaki port i podrškom za dijeljenu tablicu adresa od strane modula za upravljanje komutatorom.

Slika 4.2 – Gubitak kadra kada se koristi trunk port

Veličina pufera.

Interna bafer memorija prekidača se koristi za privremeno pohranjivanje okvira podataka u slučajevima kada se ne mogu odmah prenijeti na izlazni port. Tampon je dizajniran da izgladi kratkoročne pulsacije saobraćaja. Zaista, čak i ako je promet dobro izbalansiran i performanse port procesora i drugih procesnih elemenata komutatora dovoljne za prijenos prosječnih vrijednosti prometa, to ne garantuje da će njihove performanse biti dovoljne pri vrlo visokim vršnim opterećenjima. Na primjer, promet može istovremeno stizati na sve ulaze prekidača nekoliko desetina milisekundi, sprečavajući ga da prenese primljene okvire na izlazne portove.

Da bi se spriječio gubitak okvira u slučaju kratkoročnog višestrukog prekoračenja prosječnog intenziteta prometa (i za lokalne mrežečesto postoje vrijednosti faktora valovitosti saobraćaja u rasponu od 50 - 100), jedino sredstvo je veliki tampon. Kao iu slučaju tablica adresa, svaki port procesor obično ima svoj vlastiti bafer memorija za odlaganje okvira. Što je veća količina ove memorije, manja je vjerovatnoća gubitka okvira tokom preopterećenja, iako ako su prosječne vrijednosti prometa neuravnotežene, bafer će se prije ili kasnije preliti.

Obično svičevi dizajnirani za rad u kritičnim dijelovima mreže imaju međuspremnik memorije od nekoliko desetina ili stotina kilobajta po portu. Dobro je kada se ova međuspremna memorija može redistribuirati između nekoliko portova, jer su istovremena preopterećenja na nekoliko portova malo vjerovatna. Dodatna sredstva zaštita može biti bafer zajednički za sve portove u modulu za upravljanje prekidačima. Takav bafer je obično veličine nekoliko megabajta.

Glavne karakteristike prekidača koje mjere njegove performanse su:

Brzina filtriranja;

Brzina rutiranja (prosljeđivanje);

propusnost;

Kašnjenje prijenosa okvira.

Osim toga, postoji nekoliko karakteristika prekidača koje najviše utiču na specificirane karakteristike performansi. To uključuje:

Veličina bafera okvira (s);

Performanse interne sabirnice;

Performanse procesora ili procesora;

Veličina tabele internih adresa.

Brzina filtriranja i brzina unaprijed

Brzina filtriranja određuje brzinu kojom prekidač izvodi sljedeće faze obrade okvira:

Prijem okvira u vaš bafer;

Uništavanje okvira jer je njegov odredišni port isti kao i izvorni port.

Napredna brzina određuje brzinu kojom prekidač izvodi sljedeće korake obrade okvira:

Prijem okvira u vaš bafer;

Pregled tabele adresa kako bi se pronašao port za odredišnu adresu okvira;

Prenos okvira u mrežu preko odredišnog porta koji se nalazi u tablici adresa.

I brzina filtriranja i brzina napredovanja se obično mjere u frejmovima u sekundi. Ako karakteristike prekidača ne određuju za koji protokol i za koju veličinu okvira su date vrijednosti brzine filtriranja i prosljeđivanja, tada se po defaultu smatra da su ti indikatori dati za Ethernet protokol i okvire minimalne veličine , odnosno okviri dužine 64 bajta (bez preambule), sa poljem podataka od 46 bajtova. Ako su stope specificirane za određeni protokol, na primjer, Token Ring ili FDDI, tada se također daju za okvire minimalne dužine ovog protokola (na primjer, okvire dužine 29 bajtova za FDDI protokol). Upotreba okvira minimalne dužine kao glavnog pokazatelja brzine prekidača je zbog činjenice da takvi okviri uvijek stvaraju najteži način rada za prekidač u poređenju sa okvirima različitog formata sa jednakom propusnošću prenesenog korisničke podatke. Stoga se pri testiranju prekidača kao najteži test koristi način prijenosa najkraćeg okvira, koji mora provjeriti sposobnost prekidača da radi pod najgorom kombinacijom saobraćajnih parametara za njega. Osim toga, za pakete minimalne dužine, brzine filtriranja i prosljeđivanja imaju maksimalnu vrijednost, što je od velike važnosti kada se reklamira komutator.

Bandwidth

Prebacite propusni opseg mjereno količinom korisničkih podataka koji se prenose po jedinici vremena kroz njegove portove. Budući da komutator radi na sloju veze, korisnički podaci za njega su podaci koji se prenose u podatkovno polje okvira protokola sloja veze - Ethernet, Token Ring, FDDI itd. Maksimalna vrijednost propusnosti komutatora se uvijek postiže na okvirima maksimalne dužine, jer je u ovom slučaju udio režijskih troškova za servisne informacije okvira mnogo manji nego za okvire minimalne dužine, a vrijeme za prekidač za obavljanje operacija obrade okvira po jednom bajtu korisničkih informacija je znatno manji.

Ovisnost propusnosti komutatora od veličine odaslanih okvira dobro je ilustrovana primjerom Ethernet protokola, za koji je, prilikom prijenosa okvira minimalne dužine, brzina prijenosa 14880 sličica u sekundi i propusnost 5,48 Mb/s se postiže, a pri prenosu okvira maksimalne dužine brzina prijenosa od 812 frejmova u sekundi i propusni opseg od 9,74 Mb/s. Propusnost opada skoro dva puta pri prelasku na najkraće okvire, a to ne uzima u obzir gubitak vremena za obradu okvira od strane prekidača.

Kašnjenje prijenosa

Kašnjenje prijenosa okvira se mjeri kao vrijeme proteklo od trenutka kada prvi bajt okvira stigne na ulazni port prekidača do trenutka kada se ovaj bajt pojavi na izlaznom portu prekidača. Latencija je zbir vremena potrebnog za baferovanje bajtova okvira, plus vrijeme potrebno za obradu okvira od strane prekidača – traženje adresne tablice, odlučivanje da li filtrirati ili proslijediti i dobivanje pristupa izlaznom lučko okruženje.

Budući da uz istovremeni prijenos prometa preko više portova, postoji ogroman broj opcija prometa koje se razlikuju po veličini okvira u streamu, distribuciji prosječnog intenziteta tokova okvira između odredišnih portova, koeficijentima varijacije intenzitet tokova kadrova itd. itd., tada je prilikom poređenja prekidača po performansama potrebno uzeti u obzir za koji tip saobraćaja su dobijeni objavljeni podaci o performansama. Nažalost, za komutatore (kao i za rutere) ne postoje opšte prihvaćeni uzorci za testiranje saobraćaja koji se mogu koristiti za dobijanje uporedivih karakteristika performansi, kao što se radi za dobijanje karakteristika performansi računarskih sistema kao što su TPC-A ili SPECint92. Neke laboratorije koje stalno testiraju komunikacionu opremu razvile su detaljne opise uslova za testiranje prekidača i koriste ih u svojoj praksi, ali ta ispitivanja još nisu postala općeindustrijska.

performanse su:

brzina filtriranja kadrova;
stopa napredovanja kadrova;
propusni opseg;
kašnjenje prenosa okvir.

Osim toga, postoji nekoliko karakteristika prekidača koje najviše utiču na specificirane karakteristike performansi. To uključuje:

vrsta komutacije;
veličina bafera okvira (s);
performanse komutacione matrice;
performanse procesora ili procesora;
veličina preklopni stolovi.

Brzina filtriranja i brzina napredovanja kadrova

Brzine filtriranja i prosljeđivanja okvira su dvije glavne karakteristike performansi prekidača. Ove karakteristike su integralni indikatori i ne ovise o tome kako je prekidač tehnički implementiran.

Brzina filtriranja

primanje okvira u vlastiti bafer;
odbacivanje okvira ako se u njemu pronađe greška (ne podudara se ček suma ili je okvir manji od 64 bajta ili veći od 1518 bajtova);
ispusti okvir za uklanjanje mrežnih petlji;
ispusti okvir u skladu sa filterima konfigurisanim na portu;
gledanje preklopni stolovi kako bi se pronašao odredišni port na osnovu MAC adrese prijemnika okvira i ispustio okvir ako su pošiljalac i primalac okvira povezani na isti port.

Brzina filtriranja gotovo svih prekidača je neblokirajuća - prekidač uspijeva ispustiti okvire brzinom njihovog dolaska.

Brzina prosljeđivanja određuje brzinu kojom prekidač izvodi sljedeće korake obrade okvira:

primanje okvira u vlastiti bafer;
gledanje preklopni stolovi kako bi se pronašao odredišni port na osnovu MAC adrese primaoca okvira;
prijenos okvira u mrežu preko pronađenog na preklopni sto odredišna luka.

I brzina filtriranja i brzina napredovanja se obično mjere u frejmovima u sekundi. Ako karakteristike prekidača ne određuju za koji protokol i za koju veličinu okvira su date vrijednosti brzine filtriranja i prosljeđivanja, tada se po defaultu pretpostavlja da su ti indikatori dati za Ethernet protokol i okvire minimalne veličine , odnosno okviri dužine 64 bajta (bez preambule) sa podatkovnim poljem od 46 bajtova. Upotreba najkraće dužine okvira kao glavnog pokazatelja brzine obrade komutatora je zbog činjenice da takvi okviri uvijek stvaraju najteži način rada komutatora u odnosu na okvire drugog formata sa jednakom propusnošću prenetih korisničkih podataka. . Stoga se prilikom testiranja prekidača kao najteži test koristi način prijenosa najkraćeg okvira, koji mora provjeriti sposobnost prekidača da radi pod najgorom kombinacijom saobraćajnih parametara.

Prebacivanje protoka mjereno količinom korisničkih podataka (u megabitima ili gigabitima u sekundi) koji se prenose po jedinici vremena kroz njegove portove. Budući da komutator radi na nivou veze, korisnički podaci za njega su podaci koji se prenose u podatkovno polje okvira protokola sloja veze - Ethernet, Fast Ethernet itd. U ovom slučaju, udio režijskih troškova za servisne informacije okvira su mnogo niže nego za okvire minimalne dužine, a vrijeme za komutaciju da izvrši operacije obrade okvira po jednom bajtu korisničke informacije je znatno manje. Stoga, prekidač može biti blokiran za najkraće dužine okvira, ali i dalje ima vrlo dobre stope protoka.

Kašnjenje prijenosa okvira (kašnjenje naprijed) se mjeri kao vrijeme proteklo od trenutka kada prvi bajt okvira stigne na ulazni port prekidača do trenutka kada se ovaj bajt pojavi na njegovom izlaznom portu. Latencija je zbir vremena potrebnog za baferovanje bajtova okvira, kao i vremena potrebnog za obradu okvira od strane prekidača, odnosno za pregled preklopni stolovi, odlučivši promovirati i dobiti pristup okruženju izlaznog porta.

Količina kašnjenja koju uvodi prekidač zavisi od metode prebacivanja koju koristi. Ako se prebacivanje vrši bez baferovanja, onda su kašnjenja obično mala i kreću se od 5 do 40 μs, a sa puferovanjem punog okvira - od 50 do 200 μs (za minimalnu dužinu okvira).

Veličina stola za prebacivanje

Maksimalni kapacitet preklopni stolovi definiše limit iznosa MAC adrese na kojima prekidač može istovremeno raditi. V preklopni sto za svaki port se mogu pohraniti i dinamički naučene MAC adrese i statičke MAC adrese koje je kreirao administrator mreže.

Vrijednost maksimalnog broja MAC adresa koje se mogu pohraniti preklopni sto zavisi od primene prekidača. D-Link radne grupe i prekidači za male urede obično podržavaju tablicu MAC adresa od 1K do 8K. Prekidači velikih radnih grupa podržavaju tabele MAC adresa od 8K do 16K, dok mrežni mrežni prekidači obično podržavaju 16K do 64K ili više.

Nedovoljan kapacitet preklopni stolovi može uzrokovati usporavanje prekidača i začepljenje mreže viškom prometa. Ako je tabela prekidača puna i port naiđe na novu izvornu MAC adresu u dolaznom okviru, komutator je neće moći dodati u tabelu. U ovom slučaju, okvir odgovora na ovu MAC adresu će biti poslan kroz sve portove (osim izvornog porta), tj. će izazvati lavinski prijenos.

Veličina bafera okvira

Da bi se obezbedilo privremeno skladištenje okvira u slučajevima kada se ne mogu odmah preneti na izlazni port, svičevi su, u zavisnosti od implementirane arhitekture, opremljeni baferima na ulaznim, izlaznim portovima ili zajedničkim baferom za sve portove. Veličina bafera utječe i na kašnjenje prijenosa okvira i na stopu gubitka paketa. Stoga, što je veća memorija bafera, manja je vjerovatnoća gubitka okvira.

Obično svičevi dizajnirani za rad u kritičnim dijelovima mreže imaju međuspremnik memorije od nekoliko desetina ili stotina kilobajta po portu. Međuspremnik zajednički za sve portove obično je veličine nekoliko megabajta.

Glavni tehnički parametri koji se mogu procijeniti za prekidač izgrađen koristeći bilo koju arhitekturu su brzina filtriranja i brzina prosljeđivanja.

Brzina filtriranja određuje broj frejmova u sekundi s kojima prekidač uspijeva izvršiti sljedeće operacije:

primanje okvira u vlastiti bafer;
pronalaženje porta za odredišnu adresu okvira u tablici adresa;
uništavanje okvira (odredišni port je isti kao i izvorni port).

Brzina napredovanja, analogno prethodnom paragrafu, određuje broj frejmova u sekundi koji se mogu obraditi prema sljedećem algoritmu:

primanje okvira u svoj bafer,
pronalaženje porta za odredišnu adresu okvira;
prijenos okvira u mrežu preko pronađenog odredišnog porta (prema adresnoj tablici korespondencije).

Prema zadanim postavkama, ovi indikatori se smatraju mjerenim u Ethernet protokol za okvire minimalne veličine (dužine 64 bajta). Budući da analiza zaglavlja oduzima većinu vremena, što su frejmovi koji se prenose kraći, to su ozbiljnije opterećenje na procesoru i sabirnici prekidača.

Sljedeći najvažniji tehnički parametri prekidača će biti:

propusnost;
kašnjenje prijenosa okvira.
veličina tabele internih adresa.
veličina bafera okvira (s);
performanse prekidača;

Propusnost se mjeri količinom podataka koji se prenose kroz portove u jedinici vremena. Naravno, što je dužina okvira duža (više podataka je priloženo jednom zaglavlju), to bi trebalo da bude veća propusnost. Dakle, pri tipičnoj za takve uređaje "pasoškoj" brzini napredovanja od 14880 sličica u sekundi, propusnost će biti 5,48 Mb/s na paketima od 64 bajta, a ograničenje brzine prijenosa podataka će nametnuti prekidač.

Istovremeno, pri prijenosu okvira maksimalne dužine (1500 bajtova), brzina unaprijed će biti 812 sličica u sekundi, a propusni opseg 9,74 Mb/s. U stvari, ograničenje prijenosa podataka će biti određeno brzinom Ethernet protokola.

Kašnjenje prijenosa okvira znači vrijeme koje je proteklo od trenutka kada je okvir upisan u bafer ulaznog porta prekidača do pojave na njegovom izlaznom portu. Može se reći da je to vreme unapred jednog okvira (baferovanje, skeniranje tabele, odlučivanje da li da se filtrira ili prosledi, i dobijanje pristupa okruženju izlaznog porta).

Količina kašnjenja u velikoj mjeri zavisi od načina na koji se okviri napreduju. Ako se koristi „on-the-fly“ metod komutacije, kašnjenja su mala i kreću se od 10 μs do 40 μs, dok kod punog baferovanja – od 50 μs do 200 μs (u zavisnosti od dužine okvira).

U slučaju velikog opterećenja na komutatoru (ili čak na jednom od njegovih portova), ispada da je čak i kod prebacivanja "u hodu" većina dolaznih okvira prisiljena biti baferovana. Stoga najsloženiji i najskuplji modeli imaju mogućnost automatske promjene mehanizma prekidača (adaptacije) ovisno o opterećenju i prirodi saobraćaja.

Veličina adresne tablice (CAM tablica). Određuje maksimalan broj MAC adresa koje se nalaze u tabeli mapiranja portova i MAC adresa. U tehničkoj dokumentaciji jedan port se obično navodi kao broj adresa, ali ponekad se desi da je veličina memorije za tabelu naznačena u kilobajtima (jedan zapis zauzima najmanje 8 kb, a to je vrlo povoljno za nesavjesnog proizvođača da "zamijeni" broj).

Za svaki port, tablica korespondencije CAM-a može biti različita, a kada se prelije, najviše stari unos se briše, a novi se unosi u tabelu. Stoga, ako je broj adresa premašen, mreža može nastaviti s radom, ali će se rad samog prekidača uvelike usporiti, a segmenti povezani s njim bit će opterećeni viškom prometa.

Ranije su postojali modeli (na primjer, 3com SuperStack II 1000 Desktop) u kojima je veličina tabele omogućavala pohranjivanje jedne ili više adresa, zbog čega je bilo potrebno biti vrlo pažljiv u dizajnu mreže. Međutim, sada čak i najjeftiniji desktop svičevi imaju tabelu od 2-3K adresa (i okosnicu još više), a ovaj parametar je prestao da predstavlja usko grlo tehnologije.

Veličina pufera. Neophodno je da komutator privremeno pohranjuje okvire podataka u slučajevima kada ih nije moguće odmah prenijeti na odredišni port. Jasno je da je saobraćaj neujednačen, uvijek ima talasanja koje treba izgladiti. I što je veći bafer, to više opterećenja može "preuzeti".

Modeli jednostavnih prekidača imaju bafer memoriju od nekoliko stotina kilobajta po portu, više od skupi modeli ova vrijednost dostiže nekoliko megabajta.

Performanse prekidača. Prije svega, treba napomenuti da je komutator složen uređaj sa više portova, pa je tako, za svaki parametar posebno, nemoguće procijeniti njegovu pogodnost za rješavanje zadatka. Postoji veliki broj opcija prometa, s različitim intenzitetima, veličinama okvira, distribucijom portova itd. Još uvijek ne postoji opšta metodologija za procjenu (referentni promet), a koriste se različiti "korporativni testovi". Oni su prilično složeni i ova knjiga će se morati ograničiti samo na opšte preporuke.

Idealan prekidač bi trebao prenositi okvire između portova istom brzinom kao što ih generiraju povezani čvorovi, bez gubitaka i bez uvođenja dodatnih kašnjenja. Za to se koriste unutrašnji elementi prekidača (procesori portova, intermodul bus, CPU itd.) mora biti u stanju da upravlja dolaznim saobraćajem.

Istovremeno, u praksi postoje mnoga sasvim objektivna ograničenja mogućnosti prekidača. Klasičan slučaj, kada više mrežnih čvorova intenzivno komunicira sa jednim serverom, neizbježno će uzrokovati smanjenje stvarnih performansi zbog fiksne brzine protokola.

Danas su proizvođači savladali proizvodnju prekidača (10/100baseT), čak i vrlo jeftini modeli imaju dovoljnu propusnost i prilično brze procesore. Problemi počinju kada su potrebne sofisticiranije metode ograničavanja brzine povezanih čvorova (povratni pritisak), filtriranje i drugi protokoli o kojima se govori u nastavku.

U zaključku, mora se reći da najbolji kriterijum i dalje je praksa u kojoj svič pokazuje svoje mogućnosti u stvarnoj mreži.

Dodatne karakteristike prekidača.

Kao što je već spomenuto, moderni prekidači imaju toliko mogućnosti da konvencionalno prebacivanje (koje je prije deset godina izgledalo kao tehnološko čudo) blijedi u pozadini. Zaista, modeli koji koštaju od 50 do 5000 dolara mogu brzo i s relativno visokim kvalitetom mijenjati okvire. Razlika je upravo u dodatnim karakteristikama.

To je jasno najveći broj upravljani prekidači imaju dodatne mogućnosti. Dalje u opisu, posebno će biti istaknute opcije koje se obično ne mogu ispravno implementirati na konfigurabilnim prekidačima.

Povezivanje prekidača u stek. Ova dodatna opcija je jedna od najjednostavnijih i najčešće korištenih u velike mreže... Njegovo značenje je povezivanje nekoliko uređaja sa zajedničkom magistralom velike brzine kako bi se povećala produktivnost komunikacijskog čvora. Istovremeno, ponekad se mogu koristiti opcije za objedinjeno upravljanje, praćenje i dijagnostiku.

Treba napomenuti da svi dobavljači ne koriste tehnologiju povezivanja prekidača pomoću posebnih portova (slaganje). U ovoj oblasti, Gigabit Ethernet linije postaju sve češće, ili grupiranjem nekoliko (do 8) portova u jedan komunikacioni kanal.

Protokol razapinjućeg stabla (STP). Za jednostavne LAN mreže nije teško održati ispravnu Ethernet topologiju (hijerarhijska zvijezda) tokom rada. Ali s velikom infrastrukturom, ovo postaje ozbiljan problem - pogrešno maršaliranje (zatvaranje segmenta u prsten) može dovesti do zastoja u funkcionisanju cijele mreže ili njenog dijela. A pronalaženje mjesta nesreće možda neće biti lako.

S druge strane, takve redundantne veze su često zgodne (mnoge transportne mreže za prijenos podataka izgrađene su upravo na prstenastoj arhitekturi) i mogu uvelike povećati pouzdanost - ako postoji ispravan mehanizam obrade petlje.

Da bi se riješio ovaj problem, koristi se Spanning Tree Protocol (STP) u kojem svičevi automatski kreiraju aktivnu konfiguraciju veza u obliku stabla, pronalazeći je pomoću razmjene servisnih paketa (Bridge Protocol Data Unit, BPDU), koji se postavljaju u polju podataka Ethernet okvira. Kao rezultat toga, portovi na kojima su petlje zatvorene su blokirani, ali se mogu automatski uključiti u slučaju prekida glavnog kanala.

Dakle, STA tehnologija pruža podršku za redundantne veze u mreži složene topologije i mogućnosti iste automatske promjene bez učešća administratora. Ova karakteristika je više nego korisna u velikim (ili distribuiranim) mrežama, ali se zbog svoje složenosti rijetko koristi u konfigurabilnim prekidačima.

Načini kontrole dolaznog toka. Kao što je gore navedeno, s neravnomjernim opterećenjem na prekidaču, on jednostavno ne može fizički proći kroz sebe tok podataka punom brzinom. Ali vrlo je nepoželjno jednostavno ispustiti dodatne okvire iz očiglednih razloga (na primjer, prekidanje TCP sesija). Stoga je neophodno koristiti mehanizam za ograničavanje intenziteta saobraćaja koji čvor prenosi.

Postoje dva moguća načina - agresivno zauzimanje medija za prijenos (na primjer, prekidač možda neće pratiti standardne vremenske intervale). Ali ova metoda je prikladna samo za "opće" prijenosne medije, rijetko se koristi u komutiranom Ethernetu. Metoda povratnog pritiska ima isti nedostatak, u kojoj se lažni okviri prenose do čvora.

Stoga je u praksi tražena tehnologija Advanced Flow Control (opisana u standardu IEEE 802.3x), čije značenje je prijenos posebnih okvira "pauze" prekidačem na čvor.

Filtriranje saobraćaja. Često je vrlo korisno specificirati dodatne uvjete filtriranja okvira za dolazne ili odlazne okvire na portovima komutatora. Dakle, možete ograničiti pristup određene grupe korisnika na određene mrežne usluge koristeći MAC adresu ili oznaku virtuelne mreže.

Po pravilu, uslovi filtriranja se zapisuju u obliku Bulovih izraza formiranih pomoću logičke operacije I i ILI.

Složeno filtriranje zahtijeva dodatnu procesorsku snagu od prekidača, a ako je nedovoljna, može značajno smanjiti performanse uređaja.

Filtriranje je neophodno za mreže u kojima su krajnji korisnici "komercijalni" pretplatnici čije ponašanje ne može biti regulirano administrativnim mjerama. Budući da mogu poduzeti neovlaštene destruktivne radnje (na primjer, lažirati IP ili MAC adresa vaš računar), poželjno je da se za to obezbedi minimum mogućnosti.

Layer 3 switching. Zbog brzog rasta brzina i raširene upotrebe prekidača, danas je vidljiv jaz između mogućnosti komutacije i klasičnog rutiranja korištenjem univerzalni kompjuteri... Najlogičnije u ovoj situaciji je dati upravljanom prekidaču mogućnost analize okvira na trećem sloju (prema 7-slojnom OSI modelu). Ovo pojednostavljeno rutiranje omogućava značajno povećanje brzine, fleksibilnije upravljanje prometom velikog LAN-a.

Međutim, u transportnim mrežama za prijenos podataka upotreba komutatora je još uvijek vrlo ograničena, iako se prilično jasno uočava tendencija brisanja njihovih razlika od rutera u pogledu mogućnosti.

Mogućnosti upravljanja i praćenja. Ekstenzivno dodatne funkcije podrazumijevaju napredne i jednostavne kontrole. Ranije jednostavnih uređaja mogao se kontrolisati sa nekoliko dugmadi kroz mali digitalni indikator, ili preko porta konzole. Ali ovo je već prošlost - nedavno su svičevi proizvedeni sa upravljanjem preko redovnog 10/100baseT porta koristeći Telnet, web pretraživač ili preko SNMP protokola. omogućava vam da koristite prekidač kao zaista svestran alat.

Za Etherenet su od interesa samo njegove ekstenzije - RMON i SMON. RMON-I je opisan u nastavku, pored njega postoji RMON-II (utječe na više visoki nivoi OSI). Štaviše, u prekidačima "srednjeg nivoa" po pravilu se implementiraju samo RMON grupe 1-4 i 9.

Princip rada je sledeći: RMON agenti na komutatorima šalju informacije do centralnog servera, gde je poseban softver(na primjer, HP OpenView) obrađuje informacije, predstavljajući ih u obliku koji je jednostavan za administraciju.

Štaviše, proces se može kontrolisati - daljinskom promjenom postavki vratite mrežu u normalu. Pored praćenja i upravljanja, SNMP se može koristiti za izgradnju sistema naplate. Iako ovo izgleda pomalo egzotično, već postoje primjeri stvarne upotrebe ovog mehanizma.

RMON-I MIB standard opisuje 9 grupa objekata:

Statistika - trenutni akumulirani statistički podaci o karakteristikama okvira, broju kolizija, pogrešnim okvirima (sa detaljima po vrstama grešaka) itd.
Povijest - statistički podaci koji se čuvaju u redovnim intervalima za naknadnu analizu trendova u njihovim promjenama.
Alarmi - statistički pragovi iznad kojih RMON agent generiše određeni događaj. Implementacija ove grupe zahtijeva implementaciju grupe događaja.
Host - podaci o hostovima na mreži, otkriveni kao rezultat analize MAC adresa okvira koji kruže u mreži.
Host TopN - tabela od N hostova na mreži sa najvišim vrijednostima navedenih statističkih parametara.
Saobraćajna matrica - statistika o intenzitetu saobraćaja između svakog para hostova na mreži, sortirana u matrici.
Filter - uslovi filtriranja paketa; paketi koji zadovoljavaju dati uslov mogu biti ili uhvaćeni ili mogu generirati događaje.
Packet Capture - grupa paketa zarobljenih prema specificiranim uslovima filtriranja.
Događaj - uslovi za registraciju događaja i obavještavanje o događajima.

Detaljnije ispitivanje SNMP mogućnosti će zahtijevati ništa manje od ova knjiga, pa bi bilo preporučljivo da se zadržimo na ovome, vrlo opći opis ovo složeno ali moćno sredstvo.

Virtuelne mreže (Virtual Local-Area Network, VLAN). Ovo je možda najvažnija (posebno za kućne mreže) i široko korištena karakteristika modernih prekidača. Treba napomenuti da postoji nekoliko fundamentalno različitih načina izgradnje virtuelne mreže korišćenjem prekidača. Zbog velike važnosti za pružanje Etherneta, detaljan opis tehnologije biće urađen u jednom od sljedećih poglavlja.

Kratko značenje je korištenje prekidača (2 sloja OSI modela) za stvaranje nekoliko virtuelnih (nezavisnih jedna od druge mreže) na jednom fizičkom Ethernet LAN-u, omogućavajući centralnom ruteru da upravlja portovima (ili grupama portova) na udaljenim prekidačima. To zapravo čini VLAN veoma pogodnim sredstvom za pružanje usluga prenosa podataka (provajder).