Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
Опубликован: 25.06.2013 | Доступ: свободный | Студентов: 3824 / 802 | Длительность: 18:32:00
Лекция 1:

Основы коммутации

Лекция 1: 123456789 || Лекция 2 >

Методы коммутации

Прежде чем принять решение о передаче кадра, коммутатор получает и анализирует его содержимое. В современных коммутаторах используются следующие методы коммутации, определяющие поведение устройства при получении кадра:

  • коммутация с промежуточным хранением (store-and-forward);
  • коммутация без буферизации (cut-through).

Оба метода коммутации принимают решение о продвижении кадров на основе МАС-адреса получателя, но отличаются последовательностью действий, которые коммутатор выполнит, прежде чем передать или отбросить поступивший на его порт кадр.

Методы коммутации

Рис. 1.5. Методы коммутации

Метод коммутации с промежуточным хранением (store-and-forward) исторически появился первым. Он характеризуется тем, что коммутатор, прежде чем передать кадр, полностью копирует его в буфер и производит проверку на наличие ошибок. Если кадр содержит ошибки (не совпадает контрольная сумма, или кадр меньше 64 байт или больше 1518 байт), то он отбрасывается. Если кадр не содержит ошибок, то коммутатор находит МАС-адрес приемника в своей таблице коммутации и определяет выходной порт. Затем, если не определены никакие фильтры, коммутатор передает кадр через соответствующий порт устройству назначения.

Несмотря на то, что этот способ передачи связан с задержками (чем больше размер кадра, тем больше времени требуется на его прием и проверку на наличие ошибок), он обладает двумя существенными преимуществами:

  • коммутатор может быть оснащен портами, поддерживающими разные технологии и скорости передачи, например, 10/100 Мбит/с, 1000 Мбит/с и 10 Гбит/с;
  • коммутатор может проверять целостность кадра, благодаря чему поврежденные кадры не будут передаваться в соответствующие сегменты.

В большинстве коммутаторов D-Link реализован этот метод коммутации. Благодаря использованию в устройствах высокопроизводительных процессоров и контроллеров ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), задержка, вносимая коммутацией store-and-forward при передаче кадров, оказывается незначительной.

Коммутация без буферизации (cut-through) была реализована в первом коммутаторе Ethernet, разработанном фирмой Kalpana в 1990 г. При работе в этом режиме теоретически коммутатор копирует в буфер только МАС-адрес назначения (первые 6 байт после преамбулы) и сразу начинает передавать кадр, не дожидаясь его полного приема. Однако современные коммутаторы не всегда реализуют коммутацию без буферизации в классическом варианте. В зависимости от реализации коммутатор дожидается приема в буфер определенного количества байтов кадра и, если на порте не определены никакие фильтры, принимает решение о его передаче. Так как при работе в режиме cut-through коммутатор не дожидается приема всего кадра, то он не выполняет проверку кадров на наличие ошибок. Проверка кадра на наличие ошибок возлагается на принимающий узел. Однако, современная сетевая инфраструктура, включающая оборудование и кабельную систему позволяет свести вероятность возникновения ошибочных кадров к минимуму.

Основным преимуществом коммутация без буферизации по сравнению с коммутацией с промежуточным хранением является уменьшение времени передачи кадров большого размера. Например, если приложение использует Jumbo-фреймы (кадры Ethernet, размер поля данных которых может достигать 10 000 байт), то коммутатор, работающий в режиме cut-through, будет передавать данные на несколько микро или миллисекунд (в зависимости от скорости портов коммутатора) быстрее коммутатора, использующего режим store-and-forward.

Помимо этого, коммутаторы с поддержкой режима cut-through хорошо подходят для использования в сетях, например в центрах обработки данных, с приложениями критичными к задержкам.

Однако в некоторых случаях, метод cut-through теряет свои преимущества в скорости передачи. Это может произойти при перегрузке сети, использовании функций фильтрации, требующих обработки на ЦПУ, или когда порты коммутатора поддерживают разную скорость (если коммутационная матрица плохо спроектирована).

Коммутаторы D-Link серии DXS-3600-xx обеспечивают гибкость в выборе метода коммутации, т.к. поддерживают selectable store-andforward/ cut-through mode. По умолчанию в коммутаторах этой серии используется режим store-and-forward, поэтому для получения преимуществ от использования режима cut-through, администратор сети должен сначала его активизировать. Коммутатор будет копировать в буфер, и изучать первые 560 байт кадра. Если размер кадра окажется больше 560 байт, коммутатор автоматически переключится в режим cut-through и начнет процесс продвижения кадра, не дожидаясь его полного приема. Соответственно для кадров, чей размер меньше или равен 560 байт будет использоваться режим коммутации store-and-forward.

Конструктивное исполнение коммутаторов

В зависимости от конструктивного исполнения (габаритных размеров) можно выделить три группы коммутаторов:

  • настольные коммутаторы (Desktop switch);
  • автономные коммутаторы, монтируемые в телекоммуникационную стойку (Rack mounted switch);
  • коммутаторы на основе шасси (Chassis switch).

Как следует из названия, настольные коммутаторы предназначены для размещения на столах, иногда они могут оснащаться входящими в комплект поставки скобами для крепления на стену. Обычно такие коммутаторы обладают корпусом обтекаемой формы с относительно небольшим количеством фиксированных портов (у коммутаторов D-Link количество портов варьируется от 5 до 16), внешним или внутренним блоком питания и небольшими ножками (обычно резиновыми) для обеспечения вентиляции нижней поверхности устройства. Чаще всего коммутаторы настольного форм-фактора используются в сетях класса SOHO (Small Office, Home Office), где не требуется высокая производительность и расширенные сетевые функции. В качестве примера коммутатора в настольном исполнении можно привести коммутатор D-Link модели DES-1008A.

Автономные коммутаторы в стоечном исполнении высотой 1U обладают корпусом для монтажа в 19" стойку, встроенным блоком питания и фиксированным количеством портов (у коммутаторов D-Link количество портов может достигать 52-х штук). По сравнению с настольными коммутаторами коммутаторы, монтируемые в стойку, обеспечивают более высокую производительность и надежность, а также предлагают широкий набор сетевых функций и интерфейсов. Как правило, такие коммутаторы используются на уровнях доступа и распределения сетей малых и средних предприятий (Small to Medium Business, SMB), корпоративных сетей и сетей провайдеров услуг (Internet Service Provider, ISP).

Среди коммутаторов в стоечном исполнении с фиксированным количеством портов можно выделить отдельную группу устройств — стековые коммутаторы. Эти устройства представляют собой коммутаторы, которые могут работать как автономно, так как выполнены в отдельном корпусе, так и совместно, благодаря наличию специальных интерфейсов, позволяющих объединять коммутаторы в одно логическое устройство с целью увеличения количества портов, удобства управления и мониторинга. Говорится, что в этом случае отдельные коммутаторы образуют стек.

Коммутаторы на основе шасси содержат слоты, которые могут быть использованы для установки интерфейсных модулей расширения, резервных источников питания и процессорных модулей. Модульное решение обеспечивает гибкость применения, высокую плотность портов и возможность резервирования критичных для функционирования коммутатора компонентов. Модули такого коммутатора поддерживают технологию hot swap ("горячая замена"), то есть допускают замену на ходу, без выключения питания коммутатора. Коммутаторы на основе шасси предназначены для применения на магистрали сети крупных корпоративных сетей, городских сетей или сетей операторов связи.

Физическое стекирование коммутаторов

Под физическим стекированием понимается объединение нескольких коммутаторов в одно логическое устройство с целью увеличения количества портов, удобства управления и мониторинга. Объединенные в стек коммутаторы имеют общие таблицы коммутации и маршрутизации (для коммутаторов 3 уровня).

В коммутаторах D-Link используются 2 топологии стекирования: "кольцо" (ring) и "цепочка" (chain).

Топологии стекирования  "кольцо" и "цепочка"

Рис. 1.6. Топологии стекирования "кольцо" и "цепочка"

Стек типа "кольцо" (кольцевая топология) строится по следующей схеме: каждое устройство в стеке подключается к вышележащему и нижележащему, при этом самый нижний и самый верхний коммутатор в стеке также соединяются. При передаче данных пакет последовательно передается от одного устройства стека к другому до тех пор, пока не достигнет порта назначения. Система автоматически определяет оптимальный путь передачи трафика, что позволяет достичь полного использования полосы пропускания. Преимуществом топологии "кольцо" является то, что при выходе одного устройства из строя или обрыве связи остальные устройства стека будут продолжать функционировать в обычном режиме.

В стеке типа "цепочка" (линейная топология) каждое устройство соединено с вышележащим и нижележащим. Самый верхний и самый нижний коммутаторы не соединяются.

Физическое стекирование по линейной и кольцевой топологии реализовано в семи сериях коммутаторов D-Link. Коммутаторы серий DGS-1510-xx, DGS-3120-xx позволяют объединить в стек до 6 устройств, коммутаторы серии DGS-3610-xx – до 8 устройств, а коммутаторы серий DGS-3420-xx и DGS-3620-xx – до 12 устройств, используя интерфейсы 10 Gigabit Ethernet (10GE).

Все устройства стека управляются через один IP-адрес. Передача данных между ними ведется в полнодуплексном режиме.

Лекция 1: 123456789 || Лекция 2 >
Сергей Некрасов
Сергей Некрасов

Вы уверены, что строка верна?

config vlan v2 add untagged 9-16

Как в таком случае пользователи v2 получат доступ к разделяемым ресурсам? По-моему, должно быть

config vlan v2 add untagged 9-24

Антон Донсков
Антон Донсков

Есть ли какой-либо эмулятор  DES-3200-28 т.к. читать то это читать, а практика оно лучше, а за неимением железки, которая для простого смертного все таки денег стоит, как то тоскливо....