Perhitungan lalu lintas. Ganti parameter teknis Ganti bandwidth

Meskipun semua sakelar memiliki banyak kesamaan, masuk akal untuk membaginya menjadi dua kelas untuk tugas yang berbeda.

Sakelar Kelompok Kerja

Sakelar workgroup menyediakan bandwidth khusus untuk setiap pasangan host yang terhubung ke port sakelar. Jika port memiliki kecepatan yang sama, penerima paket harus bebas untuk menghindari pemblokiran.

Dengan mendukung setidaknya jumlah alamat yang dapat hadir pada segmen untuk setiap port, switch menyediakan bandwidth 10 Mbps khusus untuk setiap port. Setiap port pada sakelar dikaitkan dengan alamat unik untuk perangkat Ethernet yang terhubung ke port tersebut.

Koneksi point-to-point fisik antara switch workgroup dan node 10Base-T biasanya berupa kabel twisted-pair, unshielded, dengan peralatan standar 10Base-T dipasang di node.

Sakelar workgroup dapat beroperasi pada 10 atau 100 Mbps untuk berbagai port. Kemampuan ini mengurangi pemblokiran saat mencoba membuat beberapa koneksi klien 10 Mbps dengan satu port berkecepatan tinggi. Dalam kelompok kerja klien-server, beberapa klien 10 Mbps dapat mengakses server yang terhubung ke port 100 Mbps. Dalam contoh yang ditunjukkan pada Gambar 8, tiga node 10 Mbps secara bersamaan mengakses server pada port 100 Mbps. Dari 100 Mbps bandwidth yang tersedia untuk akses ke server, 30 Mbps digunakan, dan 70 Mbps tersedia untuk koneksi simultan ke server tujuh perangkat lebih 10 Mbps melalui saluran virtual.

Dukungan untuk kecepatan yang berbeda juga berguna untuk menggabungkan switch multicast Ethernet menggunakan hub Fast Ethernet (100Base-T) 100 Mbps sebagai tulang punggung lokal. Dalam konfigurasi yang ditunjukkan pada Gambar 9, sakelar yang mendukung 10 Mbps dan 100 Mbps terhubung ke hub 100 Mbps. Lalu lintas lokal tetap dalam kelompok kerja sedangkan lalu lintas lainnya dikirim ke jaringan melalui hub Ethernet 100 Mbps.

Untuk terhubung ke repeater 10 atau 100 Mbps, switch harus memiliki port yang dapat menangani sejumlah besar alamat Ethernet.

Keuntungan utama dari switch workgroup adalah kinerja jaringan yang tinggi di tingkat workgroup dengan menyediakan setiap pengguna dengan bandwidth khusus (10 Mbps). Selain itu, sakelar mengurangi (hingga nol) jumlah tabrakan - tidak seperti sakelar tulang punggung yang dijelaskan di bawah, sakelar kelompok kerja tidak akan mengirimkan fragmen tabrakan ke tujuannya. Sakelar grup kerja memungkinkan Anda untuk sepenuhnya melestarikan infrastruktur jaringan dari sisi klien, termasuk program, adaptor jaringan, kabel. Biaya per port untuk switch workgroup saat ini sebanding dengan biaya hub terkelola.

Sakelar tulang punggung

Sakelar batang menyediakan koneksi kecepatan sedang antara sepasang segmen Ethernet yang tidak terisi. Jika kecepatan port untuk pengirim dan penerima sama, segmen penerima harus bebas untuk menghindari pemblokiran.

Pada tingkat kelompok kerja, setiap node berbagi bandwidth 10 Mbps dengan node lain pada segmen yang sama. Sebuah paket yang dialamatkan ke luar grup ini akan diteruskan oleh switch trunk seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10. Switch trunk memungkinkan paket ditransmisikan secara bersamaan dengan kecepatan sedang antara pasangan portnya. Seperti switch workgroup, switch trunk dapat mendukung kecepatan yang berbeda untuk port mereka. Sakelar bagasi dapat beroperasi dengan segmen 10Base-T dan koaksial. Dalam kebanyakan kasus, menggunakan sakelar tulang punggung memberikan cara yang lebih sederhana dan lebih banyak metode yang efektif peningkatan kinerja jaringan dibandingkan dengan router dan jembatan.

Kerugian utama saat bekerja dengan sakelar tulang punggung adalah bahwa pada tingkat kelompok kerja, pengguna bekerja dengan lingkungan bersama jika mereka terhubung ke segmen yang diatur berdasarkan repeater atau kabel koaksial. Selain itu, waktu respons di tingkat kelompok kerja bisa sangat lama. Tidak seperti node yang terhubung ke port switch, node yang terletak di 10Base-T atau segmen koaksial tidak dijamin bandwidth 10 Mbps dan seringkali harus menunggu sampai node lain selesai mentransmisikan paket mereka. Pada tingkat kelompok kerja, tabrakan masih dipertahankan, dan fragmen paket dengan kesalahan akan diteruskan ke semua jaringan yang terhubung ke tulang punggung. Kerugian ini dapat dihindari dengan menggunakan sakelar di tingkat kelompok kerja alih-alih hub 10Base-T. Untuk sebagian besar aplikasi yang menuntut, sakelar 100 Mbps dapat bertindak sebagai tulang punggung berkecepatan tinggi untuk sakelar kelompok kerja dengan port 10 dan 100 Mbps, hub 100 Mbps, dan server dengan adaptor Ethernet 100 Mbps.

Perbandingan kemampuan

Properti utama sakelar Ethernet ditunjukkan dalam tabel:

Manfaat sakelar Ethernet

Berikut ini adalah keuntungan utama menggunakan switch Ethernet:
Tingkatkan produktivitas dengan koneksi berkecepatan tinggi antara segmen Ethernet (switch backbone) atau node jaringan (switch workgroup). Berbeda dengan lingkungan bersama, sakelar Ethernet dapat memberikan peningkatan kinerja terintegrasi saat pengguna atau segmen ditambahkan ke jaringan.
Mengurangi tabrakan, terutama ketika setiap pengguna terhubung ke port terpisah di sakelar.
Biaya rendah dalam transisi dari lingkungan bersama ke lingkungan yang diaktifkan dengan mempertahankan infrastruktur Ethernet 10 Mbps yang ada (kabel, adaptor, program).
Meningkatkan keamanan dengan mengirimkan paket hanya ke port tujuan yang terhubung.
Latensi rendah dan dapat diprediksi karena fakta bahwa pita digunakan bersama oleh sejumlah kecil pengguna (idealnya satu).

Perbandingan perangkat jaringan

Repeater

Repeater Ethernet, sering disebut sebagai hub atau hub dalam konteks jaringan 10Base-T, beroperasi sesuai dengan standar IEEE 802.3. Repeater hanya mentransmisikan paket yang diterima ke semua portnya, terlepas dari tujuannya.

Meskipun semua perangkat yang terhubung ke repeater Ethernet (termasuk repeater lainnya) "melihat" semua lalu lintas jaringan, hanya node tujuan yang harus menerima paket. Semua node lain HARUS mengabaikan paket ini. beberapa perangkat jaringan (misalnya, penganalisis protokol) beroperasi atas dasar bahwa media jaringan (seperti Ethernet) tersedia untuk umum dan menganalisis semua lalu lintas jaringan. Namun, untuk beberapa lingkungan, kemampuan setiap node untuk melihat semua paket tidak dapat diterima karena alasan keamanan.

Dari sudut pandang kinerja, repeater hanya mengirimkan paket menggunakan seluruh bandwidth saluran. Latensi yang diperkenalkan oleh repeater sangat rendah (kurang dari 3 mikrodetik menurut IEEE 802.3). Jaringan yang berisi repeater memiliki bandwidth 10 Mbps mirip dengan segmen koaksial dan transparan untuk sebagian besar protokol jaringan seperti TCP/IP dan IPX.

jembatan

Jembatan beroperasi sesuai dengan standar IEEE 802.1d. Seperti switch Ethernet, bridge adalah protokol agnostik dan meneruskan paket ke port tujuan terhubung. Namun, tidak seperti kebanyakan switch Ethernet, bridge tidak meneruskan paket tabrakan dan kesalahan karena semua paket di-buffer sebelum dikirim ke port tujuan. Buffer paket (store-and-forward) memperkenalkan latency dibandingkan dengan on-the-fly switching. Bridge dapat memberikan kinerja yang setara dengan bandwidth lingkungan, tetapi pemblokiran internal sedikit memperlambat operasinya.

Router

Pengoperasian router tergantung pada protokol jaringan dan ditentukan oleh informasi terkait protokol yang dibawa dalam paket. Seperti jembatan, router tidak mengirim fragmen paket ke tujuan ketika tabrakan terjadi. Router menyimpan seluruh paket dalam memori mereka sebelum mengirimkannya ke tujuan, oleh karena itu, saat menggunakan router, paket ditransmisikan dengan penundaan. Router dapat menyediakan bandwidth yang sama dengan bandwidth link, namun ditandai dengan adanya pemblokiran internal. Tidak seperti repeater, bridge, dan switch, router memodifikasi semua paket yang dikirimkan.

Ringkasan

Perbedaan utama antara perangkat jaringan ditunjukkan pada Tabel 2.

LAN ini dibangun di atas sakelar, jadi bab ini membahas karakteristik kinerja utama sakelar.

Karakteristik utama sakelar yang mengukur kinerjanya adalah:

- kecepatan penyaringan;
- kecepatan perutean (penerusan);
- keluaran;
- penundaan transmisi bingkai.

Selain itu, ada beberapa karakteristik sakelar yang paling mempengaruhi karakteristik kinerja yang ditentukan. Ini termasuk:

- ukuran buffer bingkai (s);
- kinerja bus internal;
- kinerja prosesor atau prosesor;
- ukuran tabel alamat internal.

Pemfilteran dan laju penerusan bingkai adalah dua karakteristik kinerja utama sakelar. Karakteristik ini merupakan indikator integral, mereka tidak bergantung pada bagaimana switch diimplementasikan secara teknis.

Tingkat penyaringan menentukan tingkat di mana sakelar melakukan langkah-langkah berikut dalam memproses bingkai:

- menerima bingkai ke dalam buffernya sendiri;
- penghancuran frame, karena port tujuannya sama dengan port sumber.

Tingkat maju menentukan tingkat di mana sakelar melakukan tahapan pemrosesan bingkai berikut:

- menerima bingkai ke dalam buffernya sendiri;
- melihat tabel alamat untuk menemukan port untuk alamat tujuan bingkai;
- transmisi bingkai ke jaringan melalui port tujuan yang ditemukan di tabel alamat.

Penggunaan bingkai dengan panjang minimum sebagai indikator utama kecepatan sakelar disebabkan oleh kenyataan bahwa bingkai seperti itu selalu menciptakan mode operasi yang paling sulit untuk sakelar dibandingkan dengan bingkai dengan format berbeda dengan bandwidth transfer yang sama. data pengguna. Oleh karena itu, ketika menguji sakelar, mode panjang bingkai minimum digunakan sebagai pengujian yang paling sulit, yang harus memverifikasi kemampuan sakelar untuk beroperasi di bawah kombinasi parameter lalu lintas terburuk untuknya. Selain itu, untuk paket dengan panjang minimum, tingkat penyaringan dan penerusan memiliki nilai maksimum, yang tidak terlalu penting saat mengiklankan sakelar.

Bandwidth Sebuah switch diukur dengan jumlah data pengguna yang ditransmisikan per unit waktu melalui port-nya. Karena sakelar beroperasi pada tingkat tautan, data pengguna untuk itu adalah data yang dibawa dalam bidang data dari bingkai protokol lapisan tautan- Ethernet, Token Ring, FDDI, dll. Nilai maksimum beralih bandwidth selalu dicapai pada frame panjang maksimum, karena dalam hal ini bagian biaya overhead untuk informasi layanan dari frame jauh lebih rendah daripada untuk frame dengan panjang minimum, dan waktu bagi switch untuk melakukan operasi pemrosesan frame per satu byte informasi pengguna secara signifikan lebih sedikit.

Ketergantungan throughput sakelar pada ukuran frame yang ditransmisikan diilustrasikan dengan baik oleh contoh protokol Ethernet, di mana, ketika mentransmisikan frame dengan panjang minimum, laju transmisi 14880 frame per detik dan throughput 5,48 Mbps dicapai, dan ketika mentransmisikan frame dengan panjang maksimum, kecepatan transmisi mencapai 812 frame per detik dan bandwidth 9,74 Mbps. Throughput turun hampir dua kali lipat saat beralih ke frame terpendek, dan ini tidak memperhitungkan hilangnya waktu untuk memproses frame oleh switch.

Latensi transfer bingkai diukur sebagai waktu yang berlalu dari saat byte pertama dari bingkai tiba di port input sakelar hingga saat byte ini muncul di port keluaran sakelar. Latensi adalah jumlah waktu yang diperlukan untuk menyangga byte bingkai, ditambah waktu yang diperlukan untuk memproses bingkai oleh sakelar — cari tabel alamat, putuskan apakah akan memfilter atau meneruskan, dan mendapatkan akses ke jalan keluar lingkungan pelabuhan.

Jumlah penundaan yang diberikan oleh sakelar tergantung pada mode operasinya. Jika pengalihan dilakukan "on the fly", maka penundaan biasanya kecil dan berkisar dari 10 s hingga 40 s, dan dengan buffering bingkai penuh - dari 50 s hingga 200 s (untuk panjang bingkai minimum).

Sakelar adalah perangkat multiport, oleh karena itu, biasanya ia memberikan semua karakteristik di atas (kecuali untuk penundaan transmisi bingkai) dalam dua versi. Opsi pertama adalah kinerja total sakelar dengan transmisi lalu lintas simultan di semua portnya, opsi kedua adalah kinerja per port.

Penilaian yang dibutuhkan keseluruhan penampilan mengalihkan.

Idealnya, sebuah sakelar yang dipasang di jaringan mentransmisikan frame antara node yang terhubung ke portnya pada tingkat di mana node menghasilkan frame ini, tanpa menimbulkan penundaan tambahan atau kehilangan satu frame. Dalam praktik nyata, sakelar selalu menyebabkan beberapa penundaan dalam transmisi bingkai, dan mungkin juga kehilangan beberapa bingkai, yaitu, tidak mengirimkannya ke penerima. Karena perbedaan dalam organisasi internal model yang berbeda switch, sulit untuk memprediksi bagaimana switch tertentu akan mengirimkan frame untuk pola lalu lintas tertentu. Kriteria terbaik masih praktik menempatkan sakelar di jaringan nyata dan mengukur penundaan yang diperkenalkan dan jumlah bingkai yang hilang.

Selain bandwidth elemen individu kinerja sakelar, seperti prosesor port atau bus bersama, kinerja sakelar dipengaruhi oleh parameter seperti ukuran tabel alamat dan ukuran buffer bersama atau buffer port individu.

Ukuran tabel alamat.

Kapasitas tabel alamat maksimum menentukan jumlah maksimum alamat MAC yang dapat dioperasikan oleh sakelar secara bersamaan. Karena switch paling sering menggunakan unit prosesor khusus untuk melakukan operasi pada setiap port dengan memorinya sendiri untuk menyimpan instance tabel alamat, ukuran tabel alamat untuk switch biasanya diberikan per port. Contoh tabel alamat dari modul prosesor yang berbeda tidak selalu berisi informasi alamat yang sama - kemungkinan besar tidak akan ada banyak alamat duplikat, kecuali distribusi lalu lintas dari setiap port benar-benar dapat dipersamakan antara port lainnya. Setiap port hanya menyimpan set alamat yang baru saja digunakan.

Jumlah maksimum alamat MAC yang dapat diingat oleh prosesor port bergantung pada aplikasi sakelar. Sakelar workgroup biasanya hanya mendukung beberapa alamat per port karena dirancang untuk membentuk segmen mikro. Sakelar departemen harus mendukung beberapa ratus alamat, dan tulang punggung jaringan beralih hingga beberapa ribu, biasanya alamat 4K hingga 8K.

Kapasitas tabel alamat yang tidak mencukupi dapat memperlambat sakelar dan menyumbat jaringan dengan lalu lintas berlebih. Jika tabel alamat prosesor port benar-benar penuh, dan ia menemukan alamat sumber baru dalam paket yang masuk, maka ia harus memindahkan alamat lama dari tabel dan meletakkan yang baru di tempatnya. Operasi ini sendiri akan memakan waktu prosesor, tetapi penurunan performa utama akan terlihat ketika sebuah frame tiba dengan alamat tujuan, yang harus dihapus dari tabel alamat. Karena alamat tujuan frame tidak diketahui, switch harus meneruskan frame ini ke semua port lain. Operasi ini akan membuat pekerjaan yang tidak perlu untuk banyak prosesor port, selain itu, salinan bingkai ini juga akan jatuh pada segmen jaringan yang sama sekali tidak diperlukan.

Beberapa produsen sakelar mengatasi masalah ini dengan mengubah cara mereka menangani bingkai dengan tujuan yang tidak diketahui. Salah satu port switch dikonfigurasi sebagai port trunk yang, secara default, semua frame dengan alamat yang tidak diketahui akan diteruskan. Di router, teknik ini telah digunakan untuk waktu yang lama, memungkinkan Anda untuk mengurangi ukuran tabel alamat di jaringan yang diatur secara hierarkis.

Sebuah frame dikirim ke port trunk dengan asumsi bahwa port ini terhubung ke switch upstream yang memiliki kapasitas tabel alamat yang memadai dan tahu ke mana harus mengirim frame apa pun. Contoh transfer frame yang berhasil menggunakan port trunk ditunjukkan pada Gambar 4.1. Mengalihkan tingkat terbaik memiliki informasi tentang semua node dalam jaringan, sehingga frame dengan alamat tujuan MAC3, ditransmisikan melalui port trunk, ditransmisikan melalui port 2 ke sakelar tempat node dengan alamat MAC3 terhubung.

Gambar 4.1 - Menggunakan port trunk untuk mengirimkan frame dengan alamat tujuan yang tidak diketahui

Meskipun metode port trunk akan bekerja secara efektif dalam banyak kasus, adalah mungkin untuk membayangkan situasi di mana frame akan hilang begitu saja. Salah satu situasi ini digambarkan pada Gambar 4.2. Switch tingkat yang lebih rendah telah menghapus alamat MAC8 yang terhubung ke port 4 dari tabel alamatnya untuk memberi ruang bagi alamat MAC3 yang baru. Ketika sebuah frame tiba dengan MAC8 tujuan, switch mentransmisikannya ke port trunk 5, di mana frame memasuki switch tingkat atas. Switch ini melihat dari tabel alamatnya bahwa alamat MAC8 milik port 1, yang melaluinya ia masuk ke switch. Oleh karena itu, bingkai tidak diproses lebih lanjut dan hanya disaring, dan, oleh karena itu, tidak mencapai penerima. Oleh karena itu, lebih dapat diandalkan untuk menggunakan sakelar dengan jumlah tabel alamat yang memadai untuk setiap port, dan dukungan untuk tabel alamat bersama oleh modul manajemen sakelar.

Gambar 4.2 - Frame loss saat menggunakan port trunk

Ukuran buffer.

Memori buffer internal sakelar digunakan untuk menyimpan sementara bingkai data dalam kasus di mana mereka tidak dapat segera ditransmisikan ke port output. Buffer dirancang untuk memuluskan denyut lalu lintas jangka pendek. Memang, bahkan jika lalu lintas seimbang dan kinerja prosesor port dan elemen pemrosesan lainnya dari sakelar cukup untuk mentransfer nilai lalu lintas rata-rata, ini tidak menjamin bahwa kinerjanya akan cukup pada beban puncak yang sangat tinggi. Misalnya, lalu lintas dapat tiba secara bersamaan di semua input sakelar selama beberapa puluh milidetik, mencegahnya mentransmisikan frame yang diterima ke port output.

Untuk mencegah hilangnya bingkai jika terjadi kelipatan jangka pendek yang melebihi intensitas lalu lintas rata-rata (dan untuk jaringan area lokal sering ada nilai rasio riak lalu lintas di kisaran 50 - 100) satu-satunya cara adalah buffer besar. Seperti dalam kasus tabel alamat, setiap prosesor port biasanya memiliki sendiri memori penyangga untuk menyimpan bingkai. Semakin besar jumlah memori ini, semakin kecil kemungkinan kerugian bingkai selama kelebihan beban, meskipun jika nilai lalu lintas rata-rata tidak seimbang, buffer cepat atau lambat akan meluap.

Biasanya switch yang dirancang untuk bekerja di bagian penting jaringan memiliki memori buffer beberapa puluh atau ratusan kilobyte per port. Ada baiknya bila memori buffer ini dapat didistribusikan kembali di antara beberapa port, karena kemungkinan terjadinya kelebihan beban secara bersamaan pada beberapa port. Sarana tambahan perlindungan dapat menjadi penyangga umum untuk semua port dalam modul manajemen sakelar. Buffer seperti itu biasanya berukuran beberapa megabyte.

Karakteristik utama sakelar yang mengukur kinerjanya adalah:

Kecepatan penyaringan;

Kecepatan perutean (penerusan);

keluaran;

Penundaan transmisi bingkai.

Selain itu, ada beberapa karakteristik sakelar yang paling mempengaruhi karakteristik kinerja yang ditentukan. Ini termasuk:

Ukuran buffer bingkai (s);

Kinerja bus internal;

Kinerja prosesor atau prosesor;

Ukuran tabel alamat internal.

Tingkat filtrasi dan tingkat kemajuan

Tingkat penyaringan menentukan tingkat di mana sakelar melakukan langkah-langkah berikut dalam memproses bingkai:

Menerima bingkai ke dalam buffer Anda;

Menghancurkan frame karena port tujuannya sama dengan port sumber.

Kecepatan maju menentukan tingkat di mana sakelar melakukan langkah-langkah pemrosesan bingkai berikut:

Menerima bingkai ke dalam buffer Anda;

Melihat tabel alamat untuk menemukan port untuk alamat tujuan frame;

Mengirim frame ke jaringan melalui port tujuan yang ditemukan di tabel alamat.

Baik tingkat penyaringan dan tingkat kemajuan biasanya diukur dalam bingkai per detik. Jika karakteristik sakelar tidak menentukan untuk protokol mana dan untuk ukuran bingkai mana nilai kecepatan penyaringan dan penerusan diberikan, maka secara default dianggap bahwa indikator ini diberikan untuk protokol Ethernet dan bingkai dengan ukuran minimum. , yaitu, bingkai dengan panjang 64 byte (tanpa pembukaan), dengan bidang data 46 byte. Jika tarif ditentukan untuk protokol tertentu, misalnya Token Ring atau FDDI, maka tarif juga diberikan untuk bingkai dengan panjang minimum protokol ini (misalnya, bingkai dengan panjang 29 byte untuk protokol FDDI). Penggunaan bingkai dengan panjang minimum sebagai indikator utama kecepatan sakelar disebabkan oleh kenyataan bahwa bingkai seperti itu selalu menciptakan mode operasi yang paling sulit untuk sakelar dibandingkan dengan bingkai dengan format berbeda dengan bandwidth transfer yang sama. data pengguna. Oleh karena itu, ketika menguji sakelar, mode panjang bingkai minimum digunakan sebagai pengujian yang paling sulit, yang harus memverifikasi kemampuan sakelar untuk beroperasi di bawah kombinasi parameter lalu lintas terburuk untuknya. Selain itu, untuk paket dengan panjang minimum, tingkat penyaringan dan penerusan memiliki nilai maksimum, yang tidak terlalu penting saat mengiklankan sakelar.

Bandwidth

Beralih Bandwidth diukur dengan jumlah data pengguna yang ditransmisikan per unit waktu melalui portnya. Karena sakelar beroperasi pada lapisan tautan, data pengguna untuknya adalah data yang dibawa dalam bidang data bingkai protokol lapisan tautan - Ethernet, Token Ring, FDDI, dll. Nilai maksimum throughput sakelar selalu dicapai pada bingkai dengan panjang maksimum, karena dalam hal ini bagian biaya overhead untuk informasi layanan bingkai jauh lebih rendah daripada untuk bingkai dengan panjang minimum, dan waktu untuk beralih untuk melakukan operasi pemrosesan bingkai per satu byte informasi pengguna secara signifikan lebih kecil.

Ketergantungan throughput sakelar pada ukuran frame yang ditransmisikan diilustrasikan dengan baik oleh contoh protokol Ethernet, di mana, ketika mentransmisikan frame dengan panjang minimum, laju transmisi 14880 frame per detik dan throughput 5,48 Mb / s tercapai, dan ketika mentransmisikan frame dengan panjang maksimum, tingkat transmisi tercapai 812 frame per detik dan bandwidth 9,74 Mb / s. Throughput turun hampir dua kali lipat saat beralih ke frame terpendek, dan ini tidak memperhitungkan hilangnya waktu untuk memproses frame oleh switch.

Penundaan transmisi

Penundaan transmisi bingkai diukur sebagai waktu yang berlalu dari saat byte pertama dari frame tiba di port input sakelar hingga saat byte ini muncul di port output sakelar. Latensi adalah jumlah waktu yang diperlukan untuk menyangga byte bingkai, ditambah waktu yang diperlukan untuk memproses bingkai oleh sakelar — cari tabel alamat, putuskan apakah akan memfilter atau meneruskan, dan mendapatkan akses ke jalan keluar lingkungan pelabuhan.

Karena dengan transmisi lalu lintas simultan oleh beberapa port, ada sejumlah besar opsi lalu lintas yang berbeda dalam ukuran bingkai di aliran, distribusi intensitas rata-rata aliran bingkai antara port tujuan, koefisien variasi intensitas frame stream, dll. dll., maka ketika membandingkan sakelar berdasarkan kinerja, perlu untuk mempertimbangkan jenis lalu lintas mana yang diperoleh data kinerja yang dipublikasikan. Sayangnya, untuk sakelar (dan juga untuk router), tidak ada pola lalu lintas pengujian yang diterima secara umum yang dapat digunakan untuk mendapatkan karakteristik kinerja yang sebanding, seperti yang dilakukan untuk mendapatkan karakteristik kinerja sistem komputasi seperti TPC-A atau SPECint92. Beberapa laboratorium yang terus-menerus menguji peralatan komunikasi telah mengembangkan deskripsi rinci tentang kondisi untuk menguji sakelar dan menggunakannya dalam praktiknya, tetapi pengujian ini belum menjadi industri umum.

pertunjukan adalah:

tingkat penyaringan bingkai;
tingkat kemajuan bingkai;
lebar pita;
penundaan transmisi bingkai.

Selain itu, ada beberapa karakteristik sakelar yang paling mempengaruhi karakteristik kinerja yang ditentukan. Ini termasuk:

jenis komutasi;
ukuran bingkai penyangga (s);
beralih kinerja matriks;
kinerja prosesor atau prosesor;
ukuran beralih tabel.

Tingkat penyaringan dan tingkat kemajuan bingkai

Pemfilteran dan laju penerusan bingkai adalah dua karakteristik kinerja utama sakelar. Karakteristik ini merupakan indikator integral dan tidak bergantung pada bagaimana switch diimplementasikan secara teknis.

Kecepatan penyaringan

menerima bingkai ke dalam buffernya sendiri;
membuang bingkai, jika kesalahan ditemukan di dalamnya (tidak cocok cek jumlah, atau bingkai kurang dari 64 byte atau lebih dari 1518 byte);
jatuhkan bingkai untuk menghilangkan loop jaringan;
jatuhkan bingkai sesuai dengan filter yang dikonfigurasi pada port;
melihat beralih tabel untuk menemukan port tujuan berdasarkan alamat MAC penerima frame dan menjatuhkan frame jika pengirim dan penerima frame terhubung ke port yang sama.

Tingkat penyaringan hampir semua sakelar tidak memblokir - sakelar memiliki waktu untuk menjatuhkan bingkai pada tingkat kedatangannya.

Kecepatan penerusan menentukan tingkat di mana sakelar melakukan langkah-langkah pemrosesan bingkai berikut:

menerima bingkai ke dalam buffernya sendiri;
melihat beralih tabel untuk menemukan port tujuan berdasarkan alamat MAC penerima frame;
transmisi bingkai ke jaringan melalui yang ditemukan di beralih meja pelabuhan tujuan.

Baik tingkat penyaringan dan tingkat kemajuan biasanya diukur dalam bingkai per detik. Jika karakteristik sakelar tidak menentukan protokol mana dan untuk ukuran bingkai apa kecepatan penyaringan dan penerusan diberikan, maka secara default diasumsikan bahwa indikator ini diberikan untuk protokol Ethernet dan bingkai dengan ukuran minimum, yaitu, frame dengan panjang 64 byte (tanpa pembukaan) dengan bidang data 46 byte. Penggunaan panjang bingkai terpendek sebagai indikator utama kecepatan pemrosesan sakelar disebabkan oleh fakta bahwa bingkai seperti itu selalu menciptakan mode operasi yang paling parah untuk sakelar dibandingkan dengan bingkai dengan format berbeda dengan bandwidth yang sama dari data pengguna yang ditransmisikan. . Oleh karena itu, ketika menguji sakelar, mode transmisi rangka terpendek digunakan sebagai pengujian yang paling sulit, yang harus memverifikasi kemampuan sakelar untuk beroperasi di bawah kombinasi parameter lalu lintas terburuk.

Beralih throughput diukur dengan jumlah data pengguna (dalam megabit atau gigabit per detik) yang ditransmisikan per unit waktu melalui portnya. Karena sakelar beroperasi pada tingkat tautan, data pengguna untuknya adalah data yang dibawa dalam bidang data dari bingkai protokol lapisan tautan - Ethernet, Fast Ethernet, dll. Dalam hal ini, bagian biaya overhead untuk informasi layanan bingkai jauh lebih rendah daripada bingkai dengan panjang minimum, dan waktu bagi sakelar untuk melakukan operasi pemrosesan bingkai per satu byte informasi pengguna secara signifikan lebih sedikit. Oleh karena itu, sakelar dapat memblokir frame terpendek, tetapi masih memiliki tingkat throughput yang sangat baik.

Penundaan transfer bingkai (penundaan maju) diukur sebagai waktu yang berlalu dari saat byte pertama dari frame tiba di port input dari sakelar sampai saat byte ini muncul di port outputnya. Latensi adalah jumlah waktu yang diperlukan untuk buffer byte frame, serta waktu yang diperlukan untuk memproses frame oleh switch, yaitu untuk melihat beralih tabel, memutuskan untuk mempromosikan dan mendapatkan akses ke lingkungan pelabuhan keluar.

Jumlah penundaan yang diperkenalkan oleh sakelar tergantung pada metode sakelar yang digunakannya. Jika peralihan dilakukan tanpa buffering, maka penundaan biasanya kecil dan berkisar dari 5 hingga 40 s, dan dengan buffering bingkai penuh - dari 50 hingga 200 s (untuk bingkai dengan panjang minimum).

Beralih ukuran meja

Kapasitas maksimum beralih tabel mendefinisikan batasi jumlah Alamat MAC yang switch dapat beroperasi secara bersamaan. V beralih meja untuk setiap port, baik alamat MAC yang dipelajari secara dinamis maupun alamat MAC statis yang dibuat oleh administrator jaringan dapat disimpan.

Nilai jumlah maksimum alamat MAC yang dapat disimpan di beralih meja tergantung pada aplikasi sakelar. Kelompok kerja D-Link dan sakelar kantor kecil biasanya mendukung tabel alamat MAC 1K hingga 8K. Sakelar kelompok kerja besar mendukung tabel alamat MAC 8K hingga 16K, sedangkan sakelar tulang punggung biasanya mendukung 16K hingga 64K atau lebih.

Kapasitas tidak mencukupi beralih tabel dapat menyebabkan sakelar melambat dan menyumbat jaringan dengan lalu lintas berlebih. Jika tabel switch penuh dan port menemukan alamat MAC sumber baru di frame yang masuk, switch tidak akan dapat menambahkannya ke tabel. Dalam hal ini, bingkai respons ke alamat MAC ini akan dikirim melalui semua port (kecuali port sumber), mis. akan menyebabkan transmisi longsoran salju.

Ukuran penyangga bingkai

Untuk menyediakan penyimpanan sementara frame dalam kasus di mana mereka tidak dapat segera ditransmisikan ke port output, switch, tergantung pada arsitektur yang diterapkan, dilengkapi dengan buffer pada input, port output atau buffer umum untuk semua port. Ukuran buffer mempengaruhi baik latensi transfer frame dan tingkat kehilangan paket. Oleh karena itu, semakin besar memori buffer, semakin kecil kemungkinan kehilangan frame.

Biasanya switch yang dirancang untuk bekerja di bagian penting jaringan memiliki memori buffer beberapa puluh atau ratusan kilobyte per port. Buffer yang umum untuk semua port biasanya berukuran beberapa megabyte.

Parameter teknis utama yang dapat dievaluasi untuk sakelar yang dibangun menggunakan arsitektur apa pun adalah kecepatan penyaringan dan kecepatan penerusan.

Laju pemfilteran menentukan jumlah bingkai per detik di mana sakelar memiliki waktu untuk melakukan operasi berikut:

menerima bingkai ke dalam buffernya sendiri;
menemukan port untuk alamat tujuan frame di tabel alamat;
penghancuran frame (port tujuan sama dengan port sumber).

Kecepatan maju, dengan analogi dengan paragraf sebelumnya, menentukan jumlah frame per detik yang dapat diproses sesuai dengan algoritma berikut:

menerima bingkai ke dalam buffernya sendiri,
menemukan port untuk alamat tujuan frame;
frame transmisi ke jaringan melalui port tujuan ditemukan (sesuai dengan tabel alamat korespondensi).

Secara default, indikator ini dianggap diukur pada Protokol Ethernet untuk frame dengan ukuran minimum (panjang 64 byte). Karena analisis header membutuhkan sebagian besar waktu, semakin pendek frame yang ditransmisikan, semakin serius beban yang mereka berikan pada prosesor dan bus sakelar.

Parameter teknis terpenting berikutnya dari sakelar adalah:

hasil;
penundaan transmisi bingkai.
ukuran tabel alamat internal.
ukuran bingkai penyangga (s);
beralih kinerja;

Throughput diukur dengan jumlah data yang dikirimkan melalui port per unit waktu. Secara alami, semakin panjang frame length (lebih banyak data yang dilampirkan ke satu header), semakin banyak bandwidth yang seharusnya. Jadi, pada kecepatan "paspor" khas untuk perangkat seperti itu 14880 frame per detik, throughput akan menjadi 5,48 Mb / s pada paket 64-byte, dan kecepatan transfer data akan dibatasi oleh sakelar.

Pada saat yang sama, ketika mentransmisikan frame dengan panjang maksimum (1500 byte), kecepatan maju akan menjadi 812 frame per detik, dan bandwidth akan menjadi 9,74 Mb / s. Faktanya, batas transfer data akan ditentukan oleh kecepatan protokol Ethernet.

Penundaan transfer bingkai berarti waktu yang berlalu dari saat bingkai ditulis ke buffer port input sakelar hingga muncul di port outputnya. Ini dapat dikatakan sebagai waktu maju dari satu frame (buffering, pemindaian tabel, memutuskan apakah akan memfilter atau meneruskan, dan mendapatkan akses ke lingkungan port keluar).

Jumlah penundaan sangat tergantung pada cara frame dimajukan. Jika metode switching "on-the-fly" digunakan, penundaannya kecil dan berkisar dari 10 s hingga 40 s, sedangkan dengan buffering penuh - dari 50 s hingga 200 s (tergantung pada panjang bingkai).

Dalam kasus beban berat pada sakelar (atau bahkan pada salah satu portnya), ternyata bahkan ketika beralih "on the fly", sebagian besar frame yang masuk terpaksa di-buffer. Oleh karena itu, model yang paling kompleks dan mahal memiliki kemampuan untuk secara otomatis mengubah mekanisme operasi sakelar (adaptasi) tergantung pada beban dan sifat lalu lintas.

Ukuran tabel alamat (tabel CAM). Menentukan jumlah maksimum alamat MAC yang terdapat dalam port dan tabel pemetaan alamat MAC. Dalam dokumentasi teknis, satu port biasanya diberikan sebagai jumlah alamat, tetapi kadang-kadang terjadi bahwa ukuran memori untuk tabel ditunjukkan dalam kilobyte (satu catatan membutuhkan setidaknya 8 kb, dan ini sangat menguntungkan bagi produsen yang tidak bermoral. untuk "mengganti" nomor).

Untuk setiap port, tabel korespondensi CAM bisa berbeda, dan ketika meluap, yang paling banyak entri lama dihapus, dan yang baru dimasukkan ke dalam tabel. Oleh karena itu, jika jumlah alamat terlampaui, jaringan dapat terus bekerja, tetapi pengoperasian sakelar itu sendiri akan sangat melambat, dan segmen yang terhubung dengannya akan dimuat dengan lalu lintas berlebih.

Sebelumnya, ada model (misalnya, Desktop 3com SuperStack II 1000) di mana ukuran tabel memungkinkan penyimpanan satu atau lebih alamat, yang membuatnya perlu sangat berhati-hati dengan desain jaringan. Namun, sekarang bahkan sakelar desktop termurah memiliki tabel alamat 2-3K (dan tulang punggung lebih banyak lagi), dan parameter ini tidak lagi menjadi hambatan teknologi.

Ukuran buffer. Switch diperlukan untuk menyimpan frame data sementara dalam kasus di mana tidak mungkin untuk segera mentransfernya ke port tujuan. Jelas bahwa lalu lintas tidak merata, selalu ada riak yang perlu dihaluskan. Dan semakin besar ukuran buffer, semakin banyak beban yang dapat "diambil".

Model sakelar sederhana memiliki memori buffer beberapa ratus kilobyte per port, lebih dari model mahal nilai ini mencapai beberapa megabyte.

Beralih kinerja. Pertama-tama, perlu dicatat bahwa sakelar adalah perangkat multi-port yang kompleks, dan begitu saja, untuk setiap parameter secara terpisah, tidak mungkin untuk menilai kesesuaiannya untuk memecahkan masalah yang diberikan. Ada sejumlah besar opsi lalu lintas, dengan intensitas yang berbeda, ukuran bingkai, distribusi port, dll. Masih belum ada metodologi umum untuk menilai (lalu lintas referensi), dan berbagai "tes perusahaan" digunakan. Mereka cukup kompleks, dan buku ini harus membatasi diri hanya pada rekomendasi umum.

Sakelar yang ideal harus mentransfer frame antar port pada kecepatan yang sama dengan yang dihasilkan oleh node yang terhubung, tanpa kehilangan dan tanpa menimbulkan penundaan tambahan. Untuk ini, elemen internal sakelar (prosesor port, bus intermodul, CPU dll) harus mampu menangani lalu lintas masuk.

Pada saat yang sama, dalam praktiknya, ada banyak batasan yang cukup objektif pada kemampuan sakelar. Kasus klasik, ketika beberapa node jaringan berinteraksi secara intensif dengan satu server, pasti akan menyebabkan penurunan kinerja nyata karena kecepatan protokol tetap.

Saat ini, produsen telah sepenuhnya menguasai produksi sakelar (10 / 100baseT), bahkan model yang sangat murah memiliki bandwidth yang cukup, dan prosesor yang cukup cepat. Masalah dimulai ketika metode yang lebih canggih untuk membatasi kecepatan node yang terhubung (tekanan balik), penyaringan, dan protokol lain yang dibahas di bawah ini diperlukan.

Kesimpulannya, harus dikatakan bahwa kriteria terbaik itu masih merupakan praktik di mana sakelar menunjukkan kemampuannya di jaringan nyata.

Fitur tambahan dari sakelar.

Seperti disebutkan di atas, sakelar modern memiliki begitu banyak kemampuan sehingga sakelar konvensional (yang tampak seperti keajaiban teknologi sepuluh tahun lalu) menghilang ke latar belakang. Memang, model seharga $ 50 hingga $ 5000 dapat mengganti bingkai dengan cepat dan dengan kualitas yang relatif tinggi. Perbedaannya justru pada fitur tambahan.

Jelas bahwa bilangan terbesar switch yang dikelola memiliki kemampuan tambahan. Lebih lanjut dalam deskripsi, opsi akan disorot secara khusus yang biasanya tidak dapat diterapkan dengan benar pada sakelar yang dapat dikonfigurasi.

Menghubungkan sakelar ke dalam tumpukan. Opsi tambahan ini adalah salah satu yang paling sederhana dan banyak digunakan di jaringan besar... Artinya adalah menghubungkan beberapa perangkat dengan bus umum berkecepatan tinggi untuk meningkatkan produktivitas simpul komunikasi. Pada saat yang sama, pilihan untuk manajemen umum, pemantauan dan diagnostik terkadang dapat digunakan.

Perlu dicatat bahwa tidak semua vendor menggunakan teknologi menghubungkan switch menggunakan port khusus (susun). Di area ini, jalur Gigabit Ethernet menjadi lebih umum, atau dengan mengelompokkan beberapa (hingga 8) port ke dalam satu saluran komunikasi.

Spanning Tree Protocol (STP). Untuk LAN sederhana, tidak sulit untuk mempertahankan topologi Ethernet yang benar (bintang hierarkis) selama operasi. Tetapi dengan infrastruktur yang besar, ini menjadi masalah serius - pengaturan yang salah (menutup segmen menjadi cincin) dapat menyebabkan penghentian fungsi seluruh jaringan atau sebagiannya. Dan menemukan lokasi kecelakaan mungkin tidak mudah.

Di sisi lain, koneksi redundan seperti itu seringkali nyaman (banyak jaringan transportasi untuk transmisi data dibangun persis di atas arsitektur cincin), dan dapat sangat meningkatkan keandalan - jika ada mekanisme pemrosesan loop yang benar.

Untuk mengatasi masalah ini, digunakan Spanning Tree Protocol (STP), di mana switch secara otomatis membuat konfigurasi tautan seperti pohon aktif, menemukannya menggunakan pertukaran paket layanan (Bridge Protocol Data Unit, BPDU), yang ditempatkan di bidang data bingkai Ethernet. Akibatnya, port tempat loop ditutup diblokir, tetapi dapat dihidupkan secara otomatis jika terjadi gangguan pada saluran utama.

Dengan demikian, teknologi STA menyediakan dukungan untuk tautan redundan dalam jaringan topologi kompleks, dan kemungkinannya perubahan otomatis tanpa partisipasi pengurus. Fitur ini lebih dari berguna dalam jaringan besar (atau terdistribusi), tetapi karena kerumitannya, fitur ini jarang digunakan dalam sakelar yang dapat dikonfigurasi.

Cara untuk mengontrol aliran masuk. Seperti disebutkan di atas, dengan beban yang tidak merata pada sakelar, sakelar itu tidak dapat secara fisik melewatkan aliran data melalui dirinya sendiri dengan kecepatan penuh. Tetapi sangat tidak diinginkan untuk hanya menjatuhkan bingkai tambahan karena alasan yang jelas (misalnya, memutus sesi TCP). Oleh karena itu, perlu digunakan suatu mekanisme untuk membatasi intensitas trafik yang ditransmisikan oleh node tersebut.

Ada dua kemungkinan cara - penyitaan agresif media transmisi (misalnya, sakelar mungkin tidak mematuhi interval waktu standar). Tetapi metode ini hanya cocok untuk media transmisi "umum" yang jarang digunakan pada Ethernet yang diaktifkan. Metode tekanan balik memiliki kelemahan yang sama, di mana frame dummy ditransmisikan ke node.

Oleh karena itu, dalam praktiknya, teknologi Kontrol Aliran Lanjutan (dijelaskan dalam standar IEEE 802.3x) sangat dibutuhkan, yang artinya adalah transfer bingkai "jeda" khusus oleh sakelar ke simpul.

Memfilter lalu lintas. Seringkali sangat berguna untuk menentukan kondisi pemfilteran bingkai tambahan untuk bingkai masuk atau keluar pada port sakelar. Dengan demikian, Anda dapat membatasi akses kelompok tertentu pengguna ke layanan jaringan tertentu menggunakan alamat MAC, atau tag jaringan virtual.

Sebagai aturan, kondisi penyaringan ditulis dalam bentuk ekspresi Boolean yang dibentuk menggunakan operasi logika DAN dan ATAU.

Pemfilteran yang rumit membutuhkan daya pemrosesan tambahan dari sakelar, dan jika tidak mencukupi, ini dapat secara signifikan mengurangi kinerja perangkat.

Penyaringan sangat penting untuk jaringan di mana pengguna akhir adalah pelanggan "komersial" yang perilakunya tidak dapat diatur oleh tindakan administratif. Karena mereka dapat mengambil tindakan destruktif yang tidak sah (misalnya, IP palsu atau Alamat MAC komputer Anda), disarankan untuk memberikan peluang minimum untuk ini.

Pergantian lapisan 3 Karena pertumbuhan kecepatan yang cepat, dan meluasnya penggunaan sakelar, saat ini ada kesenjangan yang terlihat antara kemampuan switching dan perutean klasik menggunakan komputer universal... Hal yang paling logis dalam situasi ini adalah memberikan sakelar terkelola kemampuan untuk menganalisis bingkai pada lapisan ketiga (menurut model OSI 7-lapisan). Perutean yang disederhanakan seperti itu memungkinkan untuk meningkatkan kecepatan secara signifikan, mengelola lalu lintas LAN besar dengan lebih fleksibel.

Namun, dalam jaringan transmisi data transportasi, penggunaan switch masih sangat terbatas, meskipun kecenderungan untuk menghapus perbedaan mereka dari router dalam hal kemampuan cukup jelas ditelusuri.

Kemampuan manajemen dan pemantauan. Luas fitur tambahan menyiratkan kontrol yang canggih dan mudah digunakan. Sebelumnya perangkat sederhana dapat dikendalikan oleh beberapa tombol melalui kecil indikator digital, atau melalui port konsol. Tapi ini sudah di masa lalu - baru-baru ini, sakelar telah diproduksi dengan manajemen melalui port 10 / 100baseT biasa menggunakan Telnet, browser Web, atau melalui protokol SNMP. Memungkinkan Anda menggunakan sakelar sebagai alat yang benar-benar serbaguna.

Untuk Etherenet, hanya ekstensinya yang menarik - RMON dan SMON. RMON-I dijelaskan di bawah ini, selain itu, ada RMON-II (mempengaruhi lebih banyak) level tinggi OSI). Selain itu, di sakelar "tingkat menengah", sebagai aturan, hanya grup RMON 1-4 dan 9 yang diterapkan.

Prinsip operasinya adalah sebagai berikut: Agen RMON pada sakelar mengirim informasi ke server pusat, di mana perangkat lunak(misalnya, HP OpenView) memproses informasi, menyajikannya dalam bentuk yang mudah dikelola.

Selain itu, prosesnya dapat dikontrol - dengan mengubah pengaturan dari jarak jauh, mengembalikan jaringan ke normal. Selain pemantauan dan pengelolaan, SNMP dapat digunakan untuk membangun sistem billing. Meskipun ini terlihat agak eksotis, sudah ada contoh penggunaan nyata dari mekanisme ini.

Standar RMON-I MIB menjelaskan 9 kelompok objek:

Statistik - akumulasi data statistik saat ini tentang karakteristik bingkai, jumlah tabrakan, bingkai yang salah (dengan perincian berdasarkan jenis kesalahan), dll.
Sejarah - data statistik disimpan secara berkala untuk analisis tren selanjutnya dalam perubahannya.
Alarm - ambang batas statistik di mana agen RMON menghasilkan peristiwa tertentu. Implementasi grup ini memerlukan implementasi grup Acara.
Host - data tentang host di jaringan, terdeteksi sebagai hasil dari analisis alamat MAC dari bingkai yang beredar di jaringan.
Host TopN - tabel N host di jaringan dengan nilai tertinggi dari parameter statistik yang ditentukan.
Matriks Lalu Lintas - statistik intensitas lalu lintas antara setiap pasangan host di jaringan, diurutkan dalam matriks.
Filter - kondisi penyaringan paket; paket yang memenuhi kondisi tertentu dapat ditangkap atau dapat menghasilkan peristiwa.
Packet Capture - sekelompok paket yang ditangkap oleh kondisi penyaringan yang ditentukan.
Acara - ketentuan untuk mendaftarkan acara dan memberi tahu tentang acara.

Pemeriksaan kemampuan SNMP yang lebih rinci akan membutuhkan volume yang tidak kurang dari buku ini, jadi disarankan untuk memikirkan ini, sangat gambaran umum alat yang kompleks namun kuat ini.

Jaringan virtual (Virtual Local-Area Network, VLAN). Ini mungkin yang paling penting (terutama untuk jaringan rumah) dan fitur switch modern yang banyak digunakan. Perlu dicatat bahwa ada beberapa cara yang berbeda secara mendasar untuk membangun jaringan maya menggunakan sakelar. Karena sangat penting untuk penyediaan Ethernet, deskripsi rinci tentang teknologi akan dilakukan di salah satu bab berikut.

Arti singkatnya adalah menggunakan sakelar (2 level model OSI) untuk membuat beberapa virtual (independen dari satu sama lain jaringan) pada satu LAN Ethernet fisik, yang memungkinkan router pusat untuk mengelola port (atau kelompok port) pada sakelar jarak jauh. Itu sebenarnya membuat VLAN menjadi sarana yang sangat nyaman untuk menyediakan layanan transmisi data (penyedia).