2 of 40

Коммутаторы

Коммутаторы – фундаментальная часть большинства современных сетей. Используя микросегментацию, они дают возможность одновременно посылать по сети информацию множеству пользователей.

Простая замена концентраторов на коммутаторы позволяет значительно повысить эффективность локальных сетей, при этом не требуется замена кабельной проводки или сетевых адаптеров. Коммутаторы делят сеть на отдельные логические сегменты, создавая при этом отдельные небольшие по размеру домены коллизий на каждом порту.

Технология коммутации представляет новый шаг в развитии локальных сетей. В данный момент коммутаторы являются идеальным решением для увеличения пропускной способности локальной сети.

3 of 40

Коммутация 2-го уровня

Коммутаторы работают на канальном уровне модели OSI. Они анализируют входящие кадры, принимают решение об их дальнейшей передаче на основе МАС - адресов, и передают кадры пунктам назначения. Основное преимущество коммутаторов – прозрачность для протоколов верхнего уровня. Т.к. коммутатор функционирует на 2-м уровне, ему нет необходимости анализировать информацию верхних уровней модели OSI.

Коммутация 2-го уровня – аппаратная. Она обладает высокой производительностью, поскольку пакет данных не претерпевает изменений. Передача кадра в коммутаторе может осуществляться специализированным контроллером, называемым Application-Specific Integrated Circuits (ASIC). Эта технология, разработанная для коммутаторов, позволяет поддерживать гигабитные скорости с небольшой задержкой.

Несмотря на преимущества коммутации 2-го уровня, она все же имеет некоторые ограничения. Наличие коммутаторов в сети не препятствует распространению широковещательных кадров (broadcast) по всем сегментам сети, сохраняя ее прозрачность. Таким образом, очевидно, что для повышения производительности сети необходима функциональность 3-го уровня OSI модели.

4 of 40

Режимы работы коммутатора

Коммутаторы локальных сетей поддерживают два режима работы: полудуплексный режим и дуплексный режим.

Полудуплексным режимом работы называется такой режим, при котором, только одно устройство может передавать данные в любой момент времени в одном домене коллизий.

Дуплексный режим – это режим работы, который обеспечивает одновременную двухстороннюю передачу данных между станцией-отправителем и станцией-получателем на МАС - подуровне.

Дуплексный режим работы поддерживают коммутаторы и практически все современные адаптеры.

5 of 40

Коммутация 2-го уровня

Коммутаторы работают на канальном уровне модели OSI. Они анализируют входящие кадры, принимают решение об их дальнейшей передаче на основе МАС - адресов, и передают кадры пунктам назначения. Основное преимущество коммутаторов – прозрачность для протоколов верхнего уровня. Т.к. коммутатор функционирует на 2-м уровне, ему нет необходимости анализировать информацию верхних уровней модели OSI.

Коммутация 2-го уровня – аппаратная. Она обладает высокой производительностью, поскольку пакет данных не претерпевает изменений. Передача кадра в коммутаторе может осуществляться специализированным контроллером, называемым Application-Specific Integrated Circuits (ASIC). Эта технология, разработанная для коммутаторов, позволяет поддерживать гигабитные скорости с небольшой задержкой.

6 of 40

Коммутация 3-го уровня

Коммутация 3-го уровня – это аппаратная маршрутизация, где передача пакетов обрабатывается контроллерами ASIC. В отличие от коммутаторов 2-го уровня, коммутаторы 3- го уровня принимают решения на основе информации сетевого уровня, а не на основе МАС - адресов.

Обработку пакетов коммутатор 3-го уровня выполняет таким же образом, как и маршрутизатор:

на основе информации 3-го уровня (сетевых адресов) определяет путь к месту назначения пакета;
проверяет целостность заголовка 3-го уровня, вычисляя контрольную сумму;
проверяет время жизни пакета;
обеспечивает управление безопасностью (если необходимо);
обеспечивает необходимое качество сервиса (QoS) для мультимедийных приложений чувствительных к задержкам передачи;

Основное отличие между маршрутизаторами и коммутаторами 3-го уровня заключается в том, что в основе коммутации 3-го уровня лежит аппаратная реализация. В маршрутизаторах общего назначения коммутация пакетов обычно выполняется программным образом. Т.к. коммутаторы 3-го уровня обычно быстрее и дешевле маршрутизаторов, то их использование в локальных сетях очень привлекательно.

В качестве примеров коммутаторов 3-го уровня можно привести D-Link DES-3326S и DES-3326SR, DES-3350SR, DES-6300, DES-6500.

7 of 40

Три функции коммутатора 2-го уровня

Обучение адресам (составление топологии сети)
Принятия решения о фильтрации, пересылке или затопления (выполнение коммутации кадров)
Предотвращение возникновения активных петель (поддержание физических резервных связей)

8 of 40

Обучение адресам

Таблица соответствия MAC адресов портам коммутатора составляется на основе анализа MAC адреса узлов – источников кадров.

Каждая запись в таблице соответствия имеет таймер неактивности, который устанавливается в некоторое, заранее определенное время жизни, каждый раз при (занесении) подтверждении существующей записи в таблице соответствия.

При истечении таймера неактивности, запись удаляется из таблицы соответствия, что позволяет гибко реагировать на изменения топологии сети.

9 of 40

Решения о фильтрации/пересылке

Анализируется MAC адрес узла – получателя кадров, на основе этого анализа делается решение о:

Фильтрации (отбрасывании) кадра, если найдено соответствие порта анализируемому MAC адресу, и кадр поступил с того порта, номер которого был найден при анализе (узлы отправителя и получателя находятся по одному и тому же порту).
Пересылке кадра, если найдено соответствие порта анализируемому MAC адресу, и кадр поступил с порта, отличного от номера порта, который был найден при анализе (узлы отправителя и получателя находятся по разным портам).
Затоплении кадра, если соответствие порта анализируемому MAC адресу не найдено или если адрес назначения является групповым или широковещательным.

10 of 40

Управление потоком

Дуплексный режим работы требует наличия такой дополнительной функции, как управление потоком. Она позволяет принимающему узлу (например, порту сетевого коммутатора) в случае переполнения дать узлу-источнику команду (например, файловому серверу) приостановить передачу кадров на некоторый короткий промежуток времени. Управление осуществляется между МАС-уровнями с помощью кадра-паузы, который автоматически формируется принимающим МАС уровнем. Если переполнение будет ликвидировано до истечения периода ожидания, то для того, чтобы восстановить передачу, отправляется второй кадр-пауза с нулевым значением времени ожидания.

11 of 40

Типы коммутации

С промежуточной буферизацией (Store and Forward)

На лету (Cut-Through)

С фильтрацией фрагментов (Fragment Free)

12 of 40

С буферизацией (store-and-forward)

Возможность фильтрации кадров с неверной контрольной суммой

Возможность фильтрации кадров, испорченных коллизией

Максимальное вносимое времени задержки коммутации

При коммутации с промежуточным хранением (store-and-forward) – коммутатор копирует весь кадр в буфер и только затем его передает. Перед отправкой фрейма читаются его адрес назначения и адрес источника, если надо, к ним применяется соответствующий фильтр и только после этого кадр передается на выходной порт . Естественно, что этот способ передачи связан с задержками, при этом, чем больше кадр, тем больше времени требуется на его прием. Во время приема кадра происходит его проверка на наличие ошибок.

13 of 40

На лету (cut-through )

Минимально вносимое времени задержки коммутации

Отсутствие возможности фильтрации кадров с неверной контрольной суммой

Отсутствие возможности фильтрации кадров, испорченных коллизией

Коммутация «на лету» (cut-through) – коммутатор локальной сети копирует во внутренние буферы только адрес приемника (первые 6 байт после префикса) и сразу начинает передавать кадр, не дожидаясь его полного приема. Это режим уменьшает задержку, но проверка на ошибки в нем не выполняется.

14 of 40

С фильтрацией фрагментов (fragment-free )

Фильтрация кадров, испорченных коллизией

Компромисс вносимого времени задержки коммутации

Отсутствие возможности фильтрации кадров с неверной контрольной суммой

Коммутация с фильтрацией фрагментов (fragment-free)– фильтрует коллизионные кадры, перед их передачей. В правильно работающей сети, коллизия может произойти во время передачи первых 64 байт. Поэтому, все кадры, с длиной больше 64 байт считаются правильными. Этот метод коммутации ждет, пока полученный кадр не будет проверен на предмет коллизии, и только после этого, начнет его передачу.

15 of 40

Контроллеры

Большинство современных коммутаторов работают на основе патентованных контроллеров ASIC (Application-Specific Integrated Circuits), устройство этих микросхем и их интеграция с остальными модулями коммутатора играет важнейшую роль.

Коммутаторы, реализующие также функции сетевого уровня (маршрутизацию), оснащены, как правило, RISC-процессорами для выполнения ресурсоемких программ маршрутизации.

Контроллеры ASIC для коммутаторов ЛВС делятся на 2 класса - большие ASIC, способные обслуживать множество коммутируемых портов (один контроллер на устройство) и небольшие ASIC, обслуживающие несколько портов и объединяемые в матрицы коммутации.

16 of 40

Технологическая реализация коммутаторов

Одним из основных различий является используемая в коммутаторе архитектура.

На основе коммутационной матрицы (cross-bar);

С разделяемой многовходовой памятью (shared memory);

На основе общей высокоскоростной шины.

Часто эти три способа взаимодействия комбинируются в одном коммутаторе.

17 of 40

Коммутаторы на основе коммутационной матрицы

В любой момент времени возможность организации только одного соединения (пара портов)

Коммутационная матрица (cross-bar) - основной и самый быстрый способ взаимодействия процессоров портов, именно он был реализован в первом промышленном коммутаторе локальных сетей. Однако, реализация матрицы возможна только для определенного числа портов, причем сложность схемы возрастает пропорционально квадрату количества портов коммутатора.

18 of 40

Коммутаторы с разделяемой памятью

Общий входной буфер для всех портов
Не требуют организации специальной внутренней магистрали для передачи данных между портами
Буферизация данных перед их рассылкой приводит к возникновению задержки

19 of 40

Коммутаторы с общей шиной

Используют для связи процессоров портов высокоскоростную шину
Возможность создания «неблокируемой» архитектуры
После того, как данные преобразуются в приемлемый для передачи по шине формат, они помещаются на шину и далее передаются в порт назначения.

Коммутаторы с общей шиной (backplane) используют для связи процессоров портов высокоскоростную шину, используемую в режиме разделения времени. На рисунке показана блок-схема коммутатора с высокоскоростной шиной, связывающей контроллеры ASIC.

Для того, чтобы шина не была узким местом коммутатора, ее производительность должна быть, по крайней мере, равна половине суммарной производительности портов.

∑Cp_i/2 ,

ⁱ

где

N – это количество портов коммутатора

Cp_i– максимальная производительность протокола, поддерживаемого i-м портом коммутатора.

Кроме этого, кадр должен передаваться по шине небольшими частями, по несколько байт, чтобы передача кадров между несколькими портами происходила в псевдопараллельном режиме, не внося задержек в передачу кадра в целом. Размер такой ячейки данных определяется производителем коммутатора. Поскольку шина может обеспечивать одновременную передачу потока данных от всех портов, такие коммутаторы часто называют "неблокируемыми" (non-blocking), т.е. они не создают пробок на пути передачи данных.

20 of 40

Конструктивное исполнение коммутаторов

Автономные коммутаторы с фиксированным количеством портов

Модульные коммутаторы на основе шасси

Коммутаторы с фиксированным количеством портов, собираемые в стек.

21 of 40

Автономные коммутаторы с фиксированным количеством портов

22 of 40

Модульные коммутаторы на основе шасси

Модульные коммутаторы на основе шасси чаще всего предназначены для применения на магистрали сети. Поэтому они выполняются на основе какой-либо комбинированной схемы, в которой взаимодействие модулей организуется по быстродействующей шине или же на основе быстрой разделяемой памяти большого объема. Модули такого коммутатора выполняются на основе технологии «hot swap», то есть допускают замену на ходу, без выключения коммутатора, так как центральное коммуникационное устройство сети не должно иметь перерывов в работе. Шасси обычно снабжается резервированными источниками питания и резервированными вентиляторами в тех же целях. Примерами модульных коммутаторов D-Link могут служить DES-1200M, DES-6300, DES-6500 (на рисунке).

23 of 40

Коммутаторы с фиксированным количеством портов, собираемые в стек

24 of 40

Классификация коммутаторов по возможностям управления

Неуправляемые коммутаторы

Настраиваемые коммутаторы

Управляемые коммутаторы

Коммутаторы можно классифицировать по управлению.

Управляемы коммутаторы – поддерживают широкий набор функций управления и настройки, включающие Web-интерфейс управления, интерфейс командной строки (CLI), Telnet, SNMP (Simple Network Management Protocol), TFTP (Trivial File Transfer Protocol ) и др. В качестве примера можно привести коммутаторы D-Link DES-3226S, DES-3526, DES-3326SR и др.

Неуправляемы коммутаторы – функции управления и настройки не поддерживают. Примером могут служить коммутаторы D-Link серии DxS-10xx.

Настраиваемые коммутаторы занимают промежуточную позицию между ними. Эти коммутаторы позволяют выполнять настройку определенных параметров, но не поддерживают управление по SNMP. Примером таких коммутаторов являются DES-1226G, DGS-1216T, DGS-1224T.

Также стоит отметить возможность обновления программного обеспечения коммутатора. Это обеспечивает более долгий срок службы устройств, т.к. позволяет добавлять новые функции либо устранять имеющиеся ошибки по мере выхода новых версий ПО, что существенно облегчает и удешевляет использование устройств, т.к. как правило, новые версии D-Link распространяет бесплатно. Сюда же можно включить возможность сохранения настроек коммутатора на случай сбоев с последующим восстановлением или тиражированием, что избавляет администратора от выполнения рутинной работы.

25 of 40

Коммутаторы, собираемые в стек

Стек типа «цепочка»
Стек типа «кольцо»

Стек типа «звезда»

Технология xStack^TM

С технической точки зрения определенный интерес представляют стековые коммутаторы. Эти устройства представляют собой коммутаторы, которые могут работать автономно, так как выполнены в отдельном корпусе, но имеют специальные интерфейсы, которые позволяют их объединять в общую систему, работающую как единый коммутатор. Говорят, что в этом случае отдельные коммутаторы образуют стек. Компания D-Link производит стековые коммутаторы 2-го и 3-го уровня, примерами которых могут служить DES-3226S, DES-3326SR, DGS-3312SR и др.

Существуют два подхода для объединения коммутаторов в стек:

Соединение «цепочкой» – стек типа «кольцо»

Соединение «точка-точка» - стек типа «звезда»

Соединение по технологии xStack^TM

26 of 40

Стек типа «кольцо»

Стек типа «кольцо» строится по следующей схеме: один специальный интерфейс для стекирования с помощью специализированых кабелей подключается к вышележащему коммутатору, а второй - к нижележащему, при этом самый нижний и самый верхний коммутатор в стеке также объединяются.

В качестве примера приведены стеки топологии «кольцо», построенные на коммутаторах DGS-3324SR и DES-3326SR.

Передача данных в таком стеке выполняется по кругу в направлении коммутаторов с большими номерами (каждый коммутатор стека имеет свой порядковый номер), как показано на рисунке: передача данных от коммутатора 8 коммутатору 4 в стеке .

27 of 40

Стек типа «звезда»

Стек типа «звезда» строится по следующей схеме: коммутаторы объединяются не друг с другом, а с отдельным устройством, обеспечивающим более высокопроизводительный обмен данными между любыми парами коммутаторов. Роль агрегирующего устройства такого стека исполняет мастер-коммутатор.

Используя стекирующие модули DEM-540, коммутатор DGS-3312SR позволяет объединить в стек до 12 стековых коммутаторов 2-го уровня DES-3226S, получив до 288 портов 10/100 Мбит/с Fast Ethernet и 12 портов Gigabit Ethernet, и управлять ими как единым сетевым узлом. Следует отметить, что, используя DGS-3312SR в качестве агрегирующего устройства стека крупной рабочей группы предприятия или здания, можно создать гибкую, легко управляемую структуру на основе коммутаторов 2-го уровня и расширить функциональность сети, построенной на этих коммутаторах до предоставления услуг 3-го уровня.

По сравнению с топологией «кольцо», основными преимуществами данной архитектуры являются:

большая устойчивость к ошибкам, т.к. разрыв связи между коммутатором и мастером- коммутатором не повлияет на остальные каналы связи стека. (В случае использования топологии «кольцо», разрыв связи между 2-мя любыми коммутаторами, приведет к прекращению работы всего стека);

повышенная производительность, так как каждое соединение точка-точка является полнодуплексным соединением соединением.

28 of 40

Технология xStack^TM

Семейство гигабитных управляемых коммутаторов 3 уровня DGS-3324SR/DGS-3324SRi и DXS-3326GSR/DXS-3350SR с интегрированной поддержкой 10-Gigabit Ethernet основано на новой высокоскоростной технологии стекирования устройств xStack™.

Технология xStack™ позволяет выбрать оптимальный путь передачи данных между устройствами стека, организованного по топологии «кольцо», и в значительной степени повысить его отказоустойчивость.

Передача данных в обычном стеке «кольцо» ведется по кругу в направлении увеличения порядковых номеров коммутаторов. Этот маршрут передачи не является оптимальным. Технология хStack^TM позволяет значительно сократить этот путь, выбрав наикратчайший маршрут передачи данных между устройствами стека.

В примере, приведенном на рисунке слева, показано, что данные от коммутатора 8 теперь передаются не по кругу, как было ранее, а непосредственно в направлении коммутатора 4. При этом следует отметить, что весь трафик в стеке передается одновременно и локальный трафик не оказывает влияния на трафик, циркулирующий внутри стека.

Технология хStack™ позволяет значительно повысить отказоустойчивость стека технологии «кольцо». Данная технология поддерживает механизм полного резервирования (Full Redundancy Mechanism), позволяющий в случае выхода одного из коммутаторов стека из строя, автоматически передавать данные по обходному пути, как показано на рисунке справа.

Коммутаторы семейства хStack^TM DGS-3324SR, DGS-3324SRi, DXS-3326GSR и DXS-3350SR имеют высокоскоростную систему стекирования с производительностью 10 Гбит/с в каждом направлении. Т.к. передача данных между устройствами стека ведется в полнодуплексном режиме, то полоса пропускания удваивается и составляет 20 Гбит/с. В результате в этом стека будет доступна разделяемая полоса пропускания до 40 Гбит/с.

В стек топологии «кольцо» можно объединить максимально 12 коммутаторов и получить до 336 портов Gigabit Ethernet. Однако при стекировании существуют ограничения, которые подробно описаны в разделе «Ограничения при стекировании по топологии кольцо/звезда коммутаторов серии хStack^TM»

Коммутаторы семейства хStack^TM также поддерживают стекирование по топологии «звезда» через мастер-коммутатор DGS-3324SRi. Это устройство позволяет объединить до 6 коммутаторов DGS-3324SR, DXS-3326GSR или DXS-3350SR и получить отказоустойчивый стек с суммарной пропускной способностью шины 120 Гбит/с. Максимальная емкость такого стека, с учетом мастер-коммутатора, составляет 312 портов Gigabit Ethernet.

29 of 40

Ограничения при стекировании по топологии кольцо/звезда коммутаторов серии хStack^TM

Token Cost * Кол-во коммутаторов ≤ 33

Кол-во коммутаторов ≤ 12

Название модели	Token Cost
DGS-3324SRi	2
DGS-3324SR	2
DES-3352SR	2
DXS-3350SR	4
DXS-3350SR	6 (с 10G uplink)
DXS-3326GSR	2
DXS-3326GSR	4 (с 10G uplink)

Коммутаторы, перечисленные в таблице, могут быть объединены в стек. Однако существует ограничение на количество объединяемых в стек коммутаторов. Это ограничение возникает из понятия, называемого «Token Cost» (стоимость токена). Token Cost используется для обмена информацией между коммутаторами, входящими в стек. У одних коммутаторов значение Token Cost равно 2, в то время как другие имеют значение 4, uplink порты 10G имеют значение Token Cost равное 2. Максимальное суммарное значение Token Cost в стеке не должно превышать 33.

Существует дополнительное ограничение, в соответствии, с которым в стек топологии кольцо можно объединить максимально 12 коммутаторов.

Для того чтобы определить может ли заданный набор коммутаторов (см. таблицу ниже) быть успешно объединен в стек, используется следующая формула:

Token Cost * Кол-во коммутаторов ≤ 33

Например:

Вам требуется объединить в стек топологии «кольцо» максимально возможное количество коммутаторов DXS-3350SR. Коммутаторы DXS-3350SR не имеют портов uplink 10G, таким образом, их индивидуальное значение Token Cost равно 4.

Чтобы рассчитать максимальное количество коммутаторов DXS-3350SR в стеке кольцо, используйте следующую формулу:

Token Cost * Кол-во коммутаторов ≤ 33

4 * Кол-во коммутаторов ≤ 33

Кол-во коммутаторов ≤ 33/4

Кол-во коммутаторов ≤ 8

В этом примере, максимум 8 коммутаторов DXS-3350SR (при этом не один из них не имеет 10G uplink) можно объединить в стек по архитектуре кольцо.

Обратите внимание, что в расчетах, приведенных выше, любой остаток от деления мог бы использоваться для вычисления возможности добавления модуля, такого как 10G uplink к одному из коммутаторов в стеке кольцо.

В топологии «звезда» DGS-3324SRi является мастером-коммутатором. С ним может быть объединено в стек до 6 подчиненных коммутаторов.

Например, можно:

Сделать стек звезда, состоящий из 1 DGS-3324SRi (Мастер), 6 DXS-3350SR (без модулей). Количество коммутаторов в стеке будет равно 6+1 при значении Token Cost равном 26 (2 + 24 = 26 ≤ 33).

Сделать стек звезда, состоящий из 1 DGS-3324SRi (Мастер), 1 DGS-3324SR, 2 DXS-3326GSR (без модулей), 3 DXS-3350SR (один с модулем). Количество коммутаторов в стеке будет равно 6+1 при значении Token Cost равном 22 (2 + 2 + 4 + 14 = 22 ≤ 33).

Из этих примеров видно, что существует огромное количество комбинаций добавления коммутаторов и модулей в этот стек. Однако, при конфигурации стека необходимо помнить о 3 очень важных моментах:

Суммарное значение Token Cost стекируемых коммутаторов не должно превышать 33.

Суммарное количество коммутаторов, объединяемых в стек кольцо не должно превышать 12.

Суммарное количество коммутаторов, объединяемых в стек звезда не может превышать 6+1.

30 of 40

Расчет стека

Существует огромное количество комбинаций добавления коммутаторов и модулей в этот стек. Однако, при конфигурации стека необходимо помнить о 3 очень важных моментах:

Суммарное значение Token Cost стекируемых коммутаторов не должно превышать 33.
Суммарное количество коммутаторов, объединяемых в стек кольцо не должно превышать 12.
Суммарное количество коммутаторов, объединяемых в стек звезда не может превышать 6+1.

Задание

Вам требуется объединить в стек топологии «кольцо» максимально возможное количество коммутаторов DXS-3350SR. (Коммутаторы DXS-3350SR не имеют портов uplink 10G). Какое количество Вы сможете взять коммутаторов?

Вам требуется объединить в стек топологии «звезда» DGS-3324SRi является мастером-коммутатором. И подчиненные коммутаторы DXS-3350SR (c модулями). Какое количество может быть объединено в стек подчиненных коммутаторов?

Можно ли выполнить стек «звезда», состоящий из 1 DGS-3324SRi (Мастер), 1 DGS-3324SR, 2 DXS-3326GSR (с модулями), 3 DXS-3350SR (с модулями).

31 of 40

Характеристики, влияющие на производительность коммутаторов

Скорость фильтрации кадров
Скорость продвижения кадров
Пропускная способность
Задержка передачи кадра
Размер адресной таблицы
Объем буфера кадров

Производительность коммутатора - то свойство, которое сетевые интеграторы и администраторы ждут от этого устройства в первую очередь.

Основными показателями коммутатора, характеризующими его производительность, являются:

скорость фильтрации кадров;

скорость продвижения кадров;

пропускная способность;

задержка передачи кадра.

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

тип коммутации - «на лету» или с промежуточным хранением;

размер буфера (буферов) кадров;

производительность внутренней шины;

производительность процессора или процессоров;

размер внутренней адресной таблицы.

32 of 40

Скорость фильтрации и скорость продвижения

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

прием кадра в свой буфер
просмотр адресной таблицы с целью нахождения порта для адреса назначения кадра
уничтожение кадра, так как его порт назначения и порт источника принадлежат одному логическому сегменту

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

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

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

Скорость фильтрации практически у всех коммутаторов является неблокирующей - коммутатор успевает отбрасывать кадры в темпе их поступления.

Как скорость фильтрации, так и скорость продвижения измеряются обычно в кадрах в секунду. Если в характеристиках коммутатора не уточняется, для какого протокола и для какого размера кадра приведены значения скоростей фильтрации и продвижения, то по умолчанию считается, что эти показатели даются для протокола Ethernet и кадров минимального размера, то есть кадров длиной 64 байт (без преамбулы) с полем данных в 46 байт. Если скорости указаны для какого-либо определенного протокола, например Token Ring или FDDI, то они также даны для кадров минимальной длины этого протокола (например, кадров длины 29 байт для протокола FDDI). Применение в качестве основного показателя скорости работы коммутатора кадров минимальной длины объясняется тем, что такие кадры всегда создают для коммутатора наиболее тяжелый режим работы по сравнению с кадрами другого формата при равной пропускной способности переносимых пользовательских данных. Поэтому при проведении тестирования коммутатора режим передачи кадров минимальной длины используется как наиболее сложный тест, который должен проверить способность коммутатора работать при наихудшем сочетании параметров трафика. Кроме того, для пакетов минимальной длины скорость фильтрации и продвижения максимальна, что имеет немаловажное значение при рекламе коммутатора.

33 of 40

Пропускная способность и задержка передачи кадра

Пропускная способность коммутатора измеряется количеством пользовательских данных (в мегабитах в секунду), переданных в единицу времени через его порты
Измеряется количеством пользовательских данных (в мегабитах или гигабитах в секунду), переданных в единицу времени через его порты.

Задержка передачи кадра измеряется как время, прошедшее с момента прихода первого байта кадра на входной порт коммутатора до момента появления этого байта на его выходном порту.
Величина вносимой коммутатором задержки зависит от режима его работы. Если коммутация осуществляется «на лету», то задержки обычно невелики и составляют от 5 до 40 мкс, а при полной буферизации кадров - от 50 до 200 мкс (для кадров минимальной длины).

Пропускная способность коммутатора.

Так как коммутатор работает на канальном уровне, для него пользовательскими данными являются те данные, которые переносятся в поле данных кадров протоколов канального уровня - Ethernet, Token Ring, FDDI и т. п. Максимальное значение пропускной способности коммутатора всегда достигается на кадрах максимальной длины, так как при этом доля накладных расходов на служебную информацию кадра гораздо ниже, чем для кадров минимальной длины, а время выполнения коммутатором операций по обработке кадра, приходящееся на один байт пользовательской информации, существенно меньше. Поэтому коммутатор может быть блокирующим для кадров минимальной длины, но при этом иметь очень хорошие показатели пропускной способности.

Задержка передачи кадра.

Задержка складывается из времени, затрачиваемого на буферизацию байт кадра, а также времени, затрачиваемого на обработку кадра коммутатором, - просмотра адресной таблицы, принятия решения о фильтрации или продвижении и получения доступа к среде выходного порта.

Величина вносимой коммутатором задержки зависит от режима его работы. Если коммутация осуществляется «на лету», то задержки обычно невелики и составляют от 5 до 40 мкс, а при полной буферизации кадров - от 50 до 200 мкс (для кадров минимальной длины).

Коммутатор - это многопортовое устройство, поэтому для него принято все приведенные выше характеристики (кроме задержки передачи кадра) давать в двух вариантах. Первый вариант - суммарная производительность коммутатора при одновременной передаче трафика по всем его портам, второй вариант - производительность, приведенная в расчете на один порт. Обычно производители коммутаторов указывают общую максимальную пропускную способность устройства.

34 of 40

Размер адресной таблицы

Максимальная емкость адресной таблицы определяет предельное количество MAC-адресов, с которыми может одновременно оперировать коммутатор.

Недостаточная емкость адресной таблицы может служить причиной замедления работы коммутатора и засорения сети избыточным трафиком.

Коммутаторы D-Link для рабочих групп и малых офисов обычно поддерживают таблицу МАС адресов емкостью от 4К до 8К. Коммутаторы крупных рабочих групп поддерживают таблицу МАС адресов емкостью от 8К до 16К, а коммутаторы магистралей сетей – как правило, от 16К до 32 К адресов.

35 of 40

Объем буфера кадров

Внутренняя буферная память коммутатора нужна для временного хранения кадров данных в тех случаях, когда их невозможно немедленно передать на выходной порт

Чем больше объем этой памяти, тем менее вероятны потери кадров при перегрузках

Внутренняя буферная память коммутатора нужна для временного хранения кадров данных в тех случаях, когда их невозможно немедленно передать на выходной порт. Буфер предназначен для сглаживания кратковременных пульсаций трафика. Ведь даже если трафик хорошо сбалансирован и производительность процессоров портов, а также других обрабатывающих элементов коммутатора достаточна для передачи средних значений графика, это не гарантирует, что их производительности хватит при пиковых значениях нагрузок. Например, трафик может в течение нескольких десятков миллисекунд поступать одновременно на все входы коммутатора, не давая ему возможности передавать принимаемые кадры на выходные порты.

При кратковременном многократном превышении среднего значения интенсивности трафика (а для локальных сетей часто встречаются значения коэффициента пульсации трафика в диапазоне 50-100) возможны потери кадров. Одним из методов борьбы с этим служит буфер большого объема. Чем больше объем этой памяти, тем менее вероятны потери кадров при перегрузках, хотя при несбалансированности средних значений трафика буфер все равно рано или поздно переполнится. Другой метод – управление потоком (Flow control).

1 of 40

2 of 40

3 of 40

4 of 40

5 of 40

6 of 40

7 of 40

8 of 40

9 of 40

10 of 40

11 of 40

12 of 40

13 of 40

14 of 40

15 of 40

16 of 40

17 of 40

18 of 40

19 of 40

20 of 40

21 of 40

22 of 40

23 of 40

24 of 40

25 of 40

26 of 40

27 of 40

28 of 40

29 of 40

30 of 40

31 of 40

32 of 40

33 of 40

34 of 40

35 of 40

36 of 40

37 of 40

38 of 40

39 of 40

40 of 40