Jaký je rozdíl mezi switchem a routerem? Udělej si sám místní síť: Obecná pravidla pro budování domácí sítě a jejích hlavních součástí

18.03.1997 Dmitrij Ganzha

Přepínače jsou ústředním prvkem dnešních lokálních sítí. TYPY SPÍNACÍCH SPÍNACÍCH HUBŮ TECHNIKY ZPRACOVÁNÍ PAKETŮ RISC A ASIC VYSOKÁ ARCHITEKTURA PŘEPÍNAČŮ KONSTRUKCE VIRTUÁLNÍCH SÍTÍ ZÁVĚR PŘEPÍNÁNÍ VRSTVA 3 Přepínání je jednou z nejoblíbenějších moderní technologie.

Přepínače jsou ústředním prvkem dnešních lokálních sítí.

Spínání je jednou z nejpopulárnějších moderních technologií. Přepínače posouvají mosty a směrovače na periferii místních sítí a nechávají za sebou roli organizace komunikace prostřednictvím globální síť. Taková obliba přepínačů je dána především tím, že umožňují díky mikrosegmentaci zvýšit výkon sítě ve srovnání se sdílenými sítěmi se stejnou nominální šířkou pásma. Kromě rozdělení sítě na malé segmenty umožňují přepínače organizovat připojená zařízení do logických sítí a v případě potřeby je snadno přeskupovat; jinými slovy, umožňují vytvářet virtuální sítě.

Co je spínač? Podle definice IDC „přepínač je zařízení, které je konstrukčně vyrobeno ve formě rozbočovače a funguje jako vysokorychlostní víceportový most; vestavěný přepínací mechanismus umožňuje segmentaci místní sítě a přidělování šířky pásma koncovým stanicím v síť“ (viz článek M. Kulgina „Postav síť, zasaď strom...“ v únorovém čísle LAN). Tato definice však platí především pro přepínače rámců.

TYPY SPÍNANÍ

Přepínáním se běžně rozumí čtyři různé technologie – přepínání konfigurace, přepínání rámců, přepínání buněk a konverze mezi jednotlivými rámci.

Přepínání konfigurace je také známé jako přepínání portů, při kterém je konkrétní port na modulu chytrého rozbočovače přiřazen k jednomu z interních segmentů Ethernet (nebo Token Ring). Toto přiřazení se provádí vzdáleně přes ovládání programu sítě při připojování nebo přesouvání uživatelů a prostředků v síti. Na rozdíl od jiných přepínacích technologií tato metoda nezlepšuje výkon sdílené LAN.

Přepínání rámců neboli přepínání LAN používá standardní formáty rámců Ethernet (nebo Token Ring). Každý rámec je zpracován nejbližším přepínačem a přenášen dále po síti přímo k příjemci. V důsledku toho se síť změní na sadu vysokorychlostních přímých kanálů pracujících paralelně. Jak se rámce přepínají uvnitř přepínače, budeme zvažovat níže na příkladu přepínacího rozbočovače.

Přepínání buněk se používá v ATM. Použití malých buněk s pevnou délkou umožňuje vytvářet levné, vysokorychlostní přepínací struktury na úrovni hardwaru. Jak přepínače rámců, tak přepínače buněk mohou podporovat více nezávislých pracovních skupin, bez ohledu na jejich fyzické spojení(viz část „Budování virtuálních sítí“).

Konverze Frame-to-cell umožňuje například stanici s ethernetovou kartou přímo komunikovat se zařízeními v síti ATM. Tato technologie se používá v emulaci LAN.

V této lekci nás bude především zajímat přepínání snímků.

SPÍNACÍ NÁBOJE

První přepínací hub nazvaný EtherSwictch byl představen společností Kalpana. Tento rozbočovač umožnil snížit konkurenci sítě snížením počtu uzlů v logickém segmentu pomocí technologie mikrosegmentace. V podstatě se počet stanic v jednom segmentu snížil na dvě: stanice iniciující požadavek a stanice odpovídající na požadavek. Žádná jiná stanice nevidí informace přenášené mezi nimi. Pakety jsou přenášeny jakoby přes most, ale bez zpoždění, které je mostu vlastní.

V přepnuto Ethernetové sítě každý člen skupiny několika uživatelů může být současně garantován propustnost 10 Mbps. Abychom pochopili, jak takový hub funguje, analogie s obvyklou starou telefonní ústřednou, ve které jsou účastníci dialogu spojeni koaxiál. Když účastník zavolal na „věčnou“ 07 a požádal o spojení na to a takové číslo, operátor nejprve zkontroloval, zda je linka dostupná; pokud ano, propojil účastníky přímo kouskem kabelu. Nikdo jiný (samozřejmě s výjimkou tajných služeb) jejich rozhovor neslyšel. Po ukončení hovoru operátor odpojil kabel z obou portů a čekal na další hovor.

Přepínací rozbočovače fungují podobným způsobem (viz obrázek 1): předávají pakety z vstupního portu do výstupního portu přes spojovací strukturu. Když paket narazí na vstupní port, přepínač přečte jeho MAC adresu (tj. adresu vrstvy 2) a je okamžitě předán na port spojený s touto adresou. Pokud je port zaneprázdněn, paket je zařazen do fronty. Fronta je v podstatě vyrovnávací paměť na vstupním portu, kde pakety čekají, až se uvolní správný port. Metody ukládání do vyrovnávací paměti jsou však poněkud odlišné.

Obrázek 1.
Přepínací rozbočovače fungují podobně jako staré telefonní přepínače: připojují vstupní port přímo k výstupnímu portu pomocí přepínací matice.

METODY MANIPULACE S PAKETY

Při end-to-end přepínání (také nazývané on-the-fly přepínání a přepínání bez vyrovnávací paměti) přepínač pouze čte adresu příchozího paketu. Paket je přenášen dále bez ohledu na nepřítomnost nebo přítomnost chyb v něm. To může výrazně zkrátit dobu zpracování paketů, protože se čte pouze prvních několik bajtů. Je tedy na přijímajícím konci, aby identifikoval vadné pakety a požádal o jejich opětovné odeslání. Nicméně moderní kabelové systémy dostatečně spolehlivé, že potřeba opakovaného přenosu v mnoha sítích je minimální. Nikdo však není imunní vůči chybám v případě poškození kabelu, selhání síťové desky nebo rušení z externího elektromagnetického zdroje.

Při přepínání s přechodným ukládáním do vyrovnávací paměti jej přepínač při příjmu paketu neposílá dále, dokud jej nepřečte celý, nebo v každém případě nepřečte všechny informace, které potřebuje. Zjistí nejen adresu příjemce, ale také zkontroluje kontrolní součet, to znamená, že dokáže odříznout vadné pakety. To vám umožní izolovat segment produkující chyby. Přepínání s vyrovnávací pamětí tedy klade důraz na spolehlivost před rychlostí.

Kromě výše uvedených dvou používají některé přepínače hybridní metodu. Za normálních podmínek provádějí end-to-end přepínání, ale kontrolují počet chyb kontrolní součty. Pokud počet chyb dosáhne předem stanovené prahové hodnoty, přejdou do spínacího režimu s přechodným ukládáním do vyrovnávací paměti. Když se počet chyb sníží na přijatelnou úroveň, vrátí se do režimu end-to-end přepínání. Tento typ přepínání se nazývá prahové nebo adaptivní přepínání.

RISC A ASIC

Přepínače s vyrovnávací pamětí jsou často implementovány pomocí standardních RISC procesorů. Jednou z výhod tohoto přístupu je, že je relativně levný ve srovnání s přepínači ASIC, ale není příliš dobrý pro specializované aplikace. Přepínání v takových zařízeních se provádí pomocí software, takže jejich funkčnost lze změnit aktualizací nainstalovaného softwaru. Nevýhodou je, že jsou pomalejší než přepínače na bázi ASIC.

Přepínače ASIC jsou navrženy tak, aby prováděly specializované úkoly: veškerá jejich funkčnost je „pevně zapojena“ do hardwaru. Tento přístup má nevýhodu: když je nutná modernizace, je výrobce nucen obvod přepracovat. ASIC typicky poskytují end-to-end přepínání. Přepínač ASIC vytváří vyhrazené fyzické cesty mezi vstupním a výstupním portem, jak je znázorněno na .

VYSOKÁ ARCHITEKTURA PŘEPÍNAČŮ

Špičkové přepínače mají typicky modulární konstrukci a mohou provádět jak přepínání paketů, tak přepínání buněk. Moduly takového přepínače provádějí přepínání mezi sítěmi odlišné typy, včetně Ethernetu, Fast Ethernetu, Token Ring, FDDI a ATM. Hlavním spínacím mechanismem v takových zařízeních je spínací struktura ATM. Jako příklad uvedeme architekturu takových zařízení využívajících Centillion 100 od Bay Networks.

Přepínání se provádí pomocí následujících tří hardwarových komponent (viz obrázek 2):

(1x1)

Obrázek 2
Přepínání buněk se stále více používá u špičkových přepínačů kvůli vysoké rychlosti a snadnému přechodu na ATM.

Každý modul přepínače má I/O porty, vyrovnávací paměť a CellManager ASIC. Kromě toho má každý modul LAN také procesor RISC pro přepínání rámců mezi místními porty a paketizér/rozkladač pro převod rámců a buněk na sebe. Všechny moduly mohou nezávisle přepínat mezi svými porty, takže přes backplane je posílán pouze provoz určený pro jiné moduly.

Každý modul udržuje svou vlastní tabulku adres a hlavní řídicí procesor je spojuje do jedné společné tabulky, takže jediný modul vidí síť jako celek. Pokud např. ethernetový modul přijme paket, určí, komu je paket adresován. Pokud je adresa v místní tabulce adres, pak RISC procesor přepíná paket mezi místními porty. Pokud je cíl na jiném modulu, pak assembler/disassembler převede paket na buňky. CellManager specifikuje cílovou masku pro identifikaci modulu (modulů) a portu (portů), do kterých je určeno užitečné zatížení buňky. Každý modul, jehož bit masky karty je nastaven v cílové masce, zkopíruje buňku do místní paměti a přenese data na příslušný výstupní port v souladu s nastavenými bity masky portu.

BUDOVÁNÍ VIRTUÁLNÍCH SÍTÍ

Kromě zlepšení výkonu vám přepínače umožňují vytvářet virtuální sítě. Jednou z metod vytvoření virtuální sítě je vytvoření broadcast domény logickým propojením portů v rámci fyzické infrastruktury komunikačního zařízení (může to být buď inteligentní hub - přepínání konfigurace, nebo přepínač - přepínání rámců). Například liché porty na osmiportovém zařízení jsou přiřazeny jedné virtuální síti a sudé porty jsou přiřazeny jiné. V důsledku toho je stanice v jedné virtuální síti izolována od stanic v jiné. Nevýhodou tohoto způsobu virtuální sítě je, že všechny stanice připojené ke stejnému portu musí patřit do stejné virtuální sítě.

Další způsob vytvoření virtuální sítě je založen na MAC adresách připojených zařízení. Při tomto způsobu organizace virtuální sítě může každý zaměstnanec připojit například svůj notebook k libovolnému portu switche a podle MAC adresy automaticky určí, zda jeho uživatel patří do konkrétní virtuální sítě. Tato metoda také umožňuje uživatelům připojeným ke stejnému portu přepínače patřit do různých virtuálních sítí. Více o virtuální sítě viz článek A. Avduevského „Takové skutečné virtuální sítě“ v březnovém vydání LAN pro letošní rok.

PŘEPÍNÁNÍ TŘETÍHO ÚROVNĚ

Přes všechny své výhody mají přepínače jednu významnou nevýhodu: nedokážou ochránit síť před lavinami paketových vysílání, což vede k neproduktivnímu zatížení sítě a prodloužení doby odezvy. Směrovače dokážou monitorovat a filtrovat zbytečný broadcast provoz, ale jsou řádově pomalejší. Takže podle dokumentace Case Technologies je typický výkon routeru 10 000 paketů za sekundu a to se nedá srovnávat s výkonem přepínače – 600 000 paketů za sekundu.

V důsledku toho mnoho výrobců začalo zabudovávat funkce směrování do přepínačů. Abyste zabránili výraznému zpomalení spínače, použijte různé metody: například přepínání vrstvy 2 i přepínání vrstvy 3 je implementováno přímo v hardwaru (v integrované obvody ASIC). Různí výrobci Tato technologie se nazývá jinak, ale cíl je stejný: routovací přepínač musí vykonávat funkce třetí vrstvy stejnou rychlostí jako funkce druhé vrstvy. Důležitým faktorem je cena takového zařízení za port: také by měla být nízká, stejně jako přepínače (viz článek Nicka Lippise v příštím čísle LAN magazínu).

ZÁVĚR

Spínače jsou konstrukčně i funkčně velmi rozmanité; v jednom malém článku není možné pokrýt všechny jejich aspekty. V příštím tutoriálu se blíže podíváme na přepínače bankomatů.

Dmitrij Ganzha je výkonným redaktorem LAN. Lze ho kontaktovat na: [e-mail chráněný].

Účastníci rozhovoru. Ve veřejných sítích zpravidla není možné poskytnout každé dvojici účastníků vlastní fyzickou komunikační linku, kterou by mohl výlučně „vlastnit“ a kdykoli ji používat. Síť proto vždy používá nějakou metodu přepínání účastníků, která zajišťuje oddělení dostupných fyzických kanálů mezi několika komunikačními relacemi a mezi účastníky sítě.

Přepínání v lokálních datových sítích

Technologie přepínání segmentů Ethernet byla představena společností Kalpana v roce 1990 v reakci na rostoucí potřebu zvýšit šířku pásma vysoce výkonné serverové komunikace se segmenty pracovních stanic. Strukturální schéma EtherSwitch nabízený společností Kalpana je uveden níže. Každý z 8 portů 10Base-T obsluhuje jeden ethernetový paketový procesor - EPP (Ethernet Packet Processor). Switch má navíc systémový modul, který koordinuje činnost všech EPP procesorů. Systémový modul udržuje společnou tabulku adres přepínače a zajišťuje ovládání přepínače protokol SNMP. Rámce jsou předávány mezi porty pomocí přepínací struktury, podobné těm, které se nacházejí v telefonních ústřednách nebo víceprocesorových počítačích, spojující více procesorů s více paměťovými moduly. Spínací matice funguje na principu přepínání okruhů. Pro 8 portů může matice poskytovat 8 současných interních kanálů at poloviční duplex portů a 16 - s plným duplexem, kdy vysílač a přijímač každého portu pracují nezávisle na sobě.

Když rámec dorazí na jakýkoli port, procesor EPP uloží prvních několik bajtů rámce do vyrovnávací paměti, aby přečetl cílovou adresu. Po obdržení cílové adresy se procesor okamžitě rozhodne paket přenést, aniž by čekal na příchod zbývajících bajtů rámce. K tomu se podívá do své vlastní mezipaměti tabulky adres a pokud ji tam nenajde požadovanou adresu, odkazuje na systémový modul, který pracuje v režimu multitaskingu a současně obsluhuje požadavky všech procesorů EPP. Systémový modul prohledá obecnou tabulku adres a nalezený řetězec vrátí procesoru, který uloží do mezipaměti pro pozdější použití. Po nalezení cílové adresy procesor EPP ví, co má dále dělat s příchozím rámcem (během vyhledávání tabulky adres procesor pokračoval ve vyrovnávací paměti bajtů rámce přicházejícího na port). Pokud je třeba snímek filtrovat, procesor jednoduše zastaví zápis bajtů snímků do vyrovnávací paměti, vymaže vyrovnávací paměť a počká na příchod nového snímku. Pokud je potřeba přenést rámec na jiný port, pak procesor přistoupí k přepínací matici a pokusí se v ní vytvořit cestu, která propojí jeho port s portem, přes který jde cesta k cílové adrese. Přepínač to dokáže pouze v případě, že je cílový port aktuálně volný, to znamená, že není připojen k jinému portu. Pokud je port zaneprázdněn, pak, stejně jako v jakémkoli zařízení s přepínáním okruhů, matice ve spojení odmítá. V tomto případě je rámec plně ukládán do vyrovnávací paměti procesorem vstupního portu, načež procesor čeká, až se výstupní port uvolní a přepínací matice vytvoří požadovanou cestu.

Po správná cesta Pokud je nastavena, jsou do ní odesílány bajty rámců ve vyrovnávací paměti a přijímány procesorem výstupního portu. Jakmile procesor výstupního portu získá přístup k ethernetovému segmentu, který je k němu připojen pomocí algoritmu CSMA / CD, bajty rámce se okamžitě začnou přenášet do sítě. Procesor vstupního portu trvale ukládá několik bajtů přijatého rámce do své vyrovnávací paměti, což mu umožňuje nezávisle a asynchronně přijímat a vysílat bajty rámců.

Přepínání v městských telefonních sítích

Městský telefonní síť je soubor liniových a staničních struktur. Síť, která má jednu ústřednu, se nazývá neregionální. Lineární struktury takové sítě se skládají pouze z účastnické linky. Typická hodnota kapacity takové sítě je 8-10 tisíc účastníků. Při velkých kapacitách je z důvodu prudkého nárůstu délky AL vhodné přejít na zónovou výstavbu sítě. Území města je v tomto případě rozděleno na obvody, v každém z nich je budována jedna obvodová automatická telefonní ústředna (RATS), do které jsou připojeni účastníci tohoto obvodu. Spojení účastníků jedné oblasti se provádějí prostřednictvím jednoho RATS, účastníků různých RATS - přes dva. RATS jsou propojeny spojovacími vedeními v obecném případě podle principu "každý s každým". Celkový počet paprsků mezi RATS se rovná počtu RATS/2. S nárůstem kapacity sítě začíná prudce narůstat počet SL svazků spojujících RATC mezi sebou podle principu „každý s každým“, což vede k nadměrnému nárůstu spotřeby kabelů a nákladů na organizaci komunikace, a proto , se síťovými kapacitami více než 80 tisíc účastníků je použit další spojovací uzel. V takové síti se komunikace mezi ústřednami různých regionů provádí prostřednictvím uzlů příchozí zpráva(UVS) a komunikaci v rámci své uzlové oblasti (UR se provádí na principu „každý s každým“ nebo prostřednictvím vlastního UVS.

Technologie přepínání segmentů Ethernet byla představena společností Kalpana v roce 1990 v reakci na rostoucí potřebu zvýšit šířku pásma vysoce výkonné serverové komunikace se segmenty pracovních stanic.

Blokové schéma EtherSwitch nabízeného společností Kalpana je znázorněno na obr. 12.6.

Obr.12. 6 Příklad struktury spínače

Každý z 8 portů 10Base-T je obsluhován jedním procesorem paketů Ethernet-EPP (EthernetPacketProcessor). Switch má navíc systémový modul, který koordinuje činnost všech EPP procesorů. Systémový modul udržuje společnou tabulku adres přepínače a spravuje přepínač prostřednictvím protokolu SNMP. Rámce jsou předávány mezi porty pomocí přepínací struktury, podobné těm, které se nacházejí v telefonních ústřednách nebo víceprocesorových počítačích, spojující více procesorů s více paměťovými moduly.

Spínací matice funguje na principu přepínání okruhů. Pro 8 portů může matice poskytovat 8 současných interních kanálů v poloduplexním režimu provozu portů a 16 v plně duplexním režimu, kdy vysílač a přijímač každého portu pracují nezávisle na sobě.

Když rámec dorazí na jakýkoli port, procesor EPP uloží prvních několik bajtů rámce do vyrovnávací paměti, aby přečetl cílovou adresu. Po obdržení cílové adresy se procesor okamžitě rozhodne paket přenést, aniž by čekal na příchod zbývajících bajtů rámce. K tomu si prohlédne vlastní mezipaměť tabulky adres, a pokud tam nenajde potřebnou adresu, odkáže se na systémový modul, který pracuje v režimu multitaskingu a současně obsluhuje požadavky všech procesorů EPP. Systémový modul prohledá obecnou tabulku adres a nalezený řetězec vrátí procesoru, který uloží do mezipaměti pro pozdější použití.

Po nalezení cílové adresy procesor EPP ví, co má dále dělat s příchozím rámcem (během vyhledávání tabulky adres procesor pokračoval ve vyrovnávací paměti bajtů rámce přicházejícího na port). Pokud je třeba snímek filtrovat, procesor jednoduše zastaví zápis bajtů snímků do vyrovnávací paměti, vymaže vyrovnávací paměť a počká na příchod nového snímku.

Pokud je potřeba přenést rámec na jiný port, pak procesor přistoupí k přepínací matici a pokusí se v ní vytvořit cestu, která propojí jeho port s portem, přes který jde cesta k cílové adrese. Přepínač to dokáže pouze v případě, že je cílový port aktuálně volný, to znamená, že není připojen k jinému portu.

Pokud je port zaneprázdněn, pak, stejně jako v jakémkoli zařízení s přepínáním okruhů, matice ve spojení odmítá. V tomto případě je rámec plně ukládán do vyrovnávací paměti procesorem vstupního portu, načež procesor čeká, až se výstupní port uvolní a přepínací matice vytvoří požadovanou cestu.

Jakmile je cesta nastavena, vyrovnávací bajty rámce jsou do ní odeslány a přijímány procesorem výstupního portu. Jakmile procesor výstupního portu získá přístup k ethernetovému segmentu, který je k němu připojen pomocí algoritmu CSMA / CD, bajty rámce se okamžitě začnou přenášet do sítě. Procesor vstupního portu neustále ukládá několik bajtů přijatého rámce do své vyrovnávací paměti, což mu umožňuje nezávisle a asynchronně přijímat a vysílat bajty rámce (obr. 4.24).

Se stavem volného výstupního portu v době příjmu rámce byla prodleva mezi přijetím prvního bajtu rámce přepínačem a výskytem stejného bajtu na výstupu cílového portu pouze 40 µs. přepínač Kalpana, který byl mnohem menší než zpoždění rámce při jeho přenosu mostem.

Obr.12. 7 Přenos snímků pomocí přepínací matice

Popsaný způsob přenosu rámce bez jeho plného ukládání do vyrovnávací paměti se nazývá „on-the-fly“ nebo „cut-through“ přepínání. Tento způsob je ve skutečnosti zpracování zřetězení rámců, kdy je v čase několik fází jeho přenosu (obr. 12.8).

Příjem prvních bajtů rámce procesorem vstupního portu, včetně příjmu bajtů cílové adresy.

Vyhledejte cílovou adresu v tabulce adres přepínače (v mezipaměti procesoru nebo v obecné tabulce systémového modulu).

Maticové přepínání.

Příjem zbývajících bajtů rámce procesorem vstupního portu.

Příjem bajtů rámců (včetně prvních) procesorem výstupního portu přes přepínací matici.

Získání přístupu k prostředí procesorem výstupního portu.

Přenos bajtů rámce procesorem výstupního portu do sítě.

Fáze 2 a 3 nelze časově kombinovat, protože bez znalosti čísla výstupního portu nedává operace maticového přepínání smysl.

P

Obr.12. 8 Úspora času při zpracování rámu: a - zpracování potrubí; b - normální zpracování s plnou vyrovnávací pamětí

Hlavním důvodem pro zlepšení výkonu sítě při použití přepínače je však paralelní zpracování více snímků.

Protože hlavní výhodou switche, díky které si vydobyl velmi dobré pozice v lokálních sítích, je jeho vysoký výkon, snaží se vývojáři switche uvolnit tzv. neblokování ( ne - blokování ) modely spínačů .

Neblokující přepínač je přepínač, který dokáže přenášet rámce přes své porty stejnou rychlostí, jakou na ně přicházejí. Přirozeně, že ani neblokující přepínač nedokáže dlouhodobě vyřešit situace, kdy dojde k zablokování rámců kvůli omezenému výkonu. rychlost portu.

Obvykle znamenají stabilní neblokovací režim činnosti přepínače, kdy přepínač vysílá rámce rychlostí jejich příchodu po libovolnou dobu. Pro zajištění takového režimu je samozřejmě nutné takové rozložení toků rámců na výstupních portech, aby se vyrovnaly se zátěží a switch mohl vždy v průměru poslat na výstupy tolik rámců, kolik dorazilo na vstupy. . Pokud vstupní datový proud snímků (součet přes všechny porty) v průměru překročí výstupní datový proud snímků (také sečtený přes všechny porty), pak se snímky nashromáždí ve vyrovnávací paměti přepínače, a pokud je překročen, budou jednoduše vyřazeny. Pro zajištění neblokovacího režimu přepínače je nutné provést jednoduchou podmínku:

,

Kde
- výkon spínače,
- maximální výkon protokolu podporovaného i-tým portem přepínače.

Celková propustnost portu počítá každý procházející rámec dvakrát – jako příchozí rámec a jako odchozí, a protože v ustáleném režimu je vstupní provoz roven výstupu, minimální dostatečný výkon přepínače pro podporu neblokovacího režimu je polovina celkového portu propustnost. Pokud port pracuje v poloduplexním režimu, jako je 10 Mbps Ethernet, pak výkon portu
rovných 10 Mbps, a pokud v plném duplexu, pak jeho
bude 20 Mbps.

Široké použití přepínačů samozřejmě usnadnila skutečnost, že zavedení přepínací technologie nevyžadovalo výměnu zařízení instalovaného v sítích - síťové adaptéry, rozbočovače, kabelové systémy. Porty přepínačů fungovaly v obvyklém poloduplexním režimu, takže k nim bylo možné transparentně připojit jak koncový uzel, tak hub organizující celý logický segment.

Protože přepínače a mosty jsou transparentní pro protokoly síťové vrstvy, jejich vzhled v síti neměl žádný vliv na směrovače sítě, pokud nějaké byly.

Snadné použití přepínače spočívá také v tom, že se jedná o samoučící se zařízení a pokud jej administrátor nezatíží dalšími funkcemi, není nutné jej konfigurovat - stačí správně zapojit konektory kabelů k portům přepínače, a pak bude pracovat samostatně a efektivně plnit úkoly, které mu byly přiděleny, úkol zlepšit výkon sítě.

Neřízený spínač vhodný pro stavbu domácí síť nebo sítě malých kanceláří. Jeho rozdíl od zbytku je "krabicová" verze. To znamená, že po zakoupení stačí nastavit připojení k serveru poskytovatele a můžete distribuovat internet.

Při práci s takovým přepínačem je třeba mít na paměti, že při použití pagerů jsou možné krátkodobé zpoždění hlasová komunikace(Skype, Vo-IP) a nemožnost distribuovat šířku internetového kanálu. To znamená, že když zapnete program Torrent na jednom z počítačů v síti, bude spotřebovávat téměř celou šířku pásma a zbytek počítačů v síti využije zbytek šířky pásma.

Řízený přepínač je Nejlepší rozhodnutí pro budování sítě v kancelářích a počítačových klubech. Tenhle typ prodáno v standardní vybavení a standardní nastavení.

Chcete-li nakonfigurovat takový přepínač, budete se muset potit - velký počet nastavení může zatočit hlavou, ale kdy správný přístup přinést úžasné výsledky. hlavní rys- rozložení šířky kanálu a nastavení propustnosti každého portu. Vezměme si jako příklad internetový kanál 50 Mbps/s, 5 počítačů v síti, IP-TV set-top box a ATC. Můžeme udělat několik možností, ale zvážím pouze jednu.

Dále - pouze vaše představivost a nestandardní myšlení. Celkem máme relativně velký kanál. Proč relativně? Tyto informace se dále dozvíte, pokud se pečlivě ponoříte do podstaty. Zapomněl jsem upřesnit - stavím síť pro malou kancelář. IP-TV se používá pro TV v čekárně, počítače - k práci e-mailem, přenos dokumentů, zobrazení stránek, ATC - pro připojení pevné linky na hlavní linku pro příjem hovorů ze Skype, QIP, mobily atd.

Spravovaný přepínač je modifikací konvenčního, nespravovaného přepínače.

Kromě čipu ASIC obsahuje mikroprocesor schopný provádět další operace na rámcích, jako je filtrování, modifikace a prioritizace, stejně jako další akce nesouvisející s předáváním rámců. Poskytněte například uživatelské rozhraní.

Z praktického hlediska jsou rozdíly mezi spravovanými a neřízenými přepínači zaprvé v seznamu podporovaných standardů - pokud běžný, neřízený přepínač podporuje pouze standard Ethernet (IEEE 802.3) v jeho různých variantách, pak spravované přepínače podporují mnohem širší seznam standardů: 802.1Q. 802.1X, 802.1AE, 802.3ad (802.1AX) a tak dále, které vyžadují konfiguraci a správu.

Existuje další typ - SMART přepínače.

Vzhled chytrých přepínačů byl způsoben marketingovým tahem – zařízení podporují výrazně menší počet funkcí než jejich starší kolegové, ale přesto jsou ovladatelná.

Aby nedošlo ke zmatení a omylu spotřebitelů, byly první modely vyráběny s označením inteligentní nebo webově spravované.

Tato zařízení za mnohem nižší cenu nabízela základní funkcionalitu řízených přepínačů – organizaci VLAN, administrativní povolování a zakazování portů, filtrování podle MAC adresy nebo omezení rychlosti. Tradičně jediným způsobem správy bylo webové rozhraní, takže název web-emanaged se pevně držel chytrých přepínačů.

Přepínač ukládá v asociativní paměti přepínací tabulku, která indikuje shodu MAC adresy hostitele s portem přepínače. Když je spínač zapnutý, tato tabulka je prázdná a spustí se v režimu učení. V tomto režimu jsou příchozí data na libovolném portu přenášena na všechny ostatní porty přepínače. V tomto případě přepínač analyzuje rámce (rámce) a po určení MAC adresy odesílajícího hostitele ji zadá do tabulky.

Pokud následně jeden z portů přepínače přijme rámec určený pro hostitele, jehož MAC adresa je již v tabulce, bude tento rámec přenášen pouze přes port uvedený v tabulce. Pokud MAC adresa cílového hostitele není vázána na žádný port přepínače, bude rámec odeslán na všechny porty.

Postupem času si switch sestaví kompletní tabulku pro všechny své porty a v důsledku toho je provoz lokalizován.

Za zmínku stojí nízká latence (zpoždění) a vysoká rychlost přesměrování na každém portu rozhraní.

Způsoby přepínání ve spínači.

Přepnout lze třemi způsoby. Každý z nich je kombinací parametrů, jako je latence „rozhodování o přepínači“ (latence) a spolehlivost přenosu.

S meziskladem (Store and Forward).

"Podél" (přestřižení).

"Bez fragmentů" nebo hybrid.

S meziskladem (Store and Forward). Přepínač přečte všechny informace přijaté v rámci, zkontroluje je na chyby, vybere přepínací port a poté do něj odešle ověřený rámec.

"Podél" (přestřižení). Přepínač přečte pouze cílovou adresu v rámci a poté přepne. Tento režim snižuje zpoždění přenosu, ale nemá metodu detekce chyb.

"Bez fragmentů" nebo hybrid. Tento režim je modifikací režimu „Projíždění“. Přenos probíhá po odfiltrování fragmentů kolizí (rámce o velikosti 64 bajtů jsou zpracovány technologií store-and-forward, zbytek je zpracován technologií cut-through). Zpoždění "rozhodnutí o přepínači" se přičítá k době, kterou potřebuje rámec pro vstup a výstup z portu přepínače, a spolu s ním určuje celkové zpoždění přepínače.

Výkonnostní charakteristiky spínače.

Hlavní charakteristiky přepínače, které měří jeho výkon, jsou:

• - rychlost filtrace (filtrace);
• - rychlost směrování (předávání);
• - šířka pásma (propustnost);
• - zpoždění přenosu rámce.

Kromě toho existuje několik charakteristik přepínačů, které mají největší vliv na tyto výkonnostní charakteristiky. Tyto zahrnují:

• - velikost vyrovnávací paměti rámců;
• - výkon interní sběrnice;
• - výkon procesoru nebo procesorů;
• - velikost vnitřní tabulky adres.

Rychlost filtrování a posun snímků jsou dvě hlavní charakteristiky výkonu přepínače. Tyto charakteristiky jsou integrálními indikátory, nezávisí na tom, jak je přepínač technicky realizován.

Rychlost filtrování určuje rychlost, s jakou přepínač funguje Další kroky zpracování rámu:

• - přijetí rámce do jeho vyrovnávací paměti;
• - Zničení rámce, protože jeho cílový port je stejný jako zdrojový port.

Dopředná rychlost určuje rychlost, se kterou přepínač provádí následující kroky zpracování snímků:

• - přijetí rámce do jeho vyrovnávací paměti;
• - prohlížení tabulky adres za účelem nalezení portu pro cílovou adresu rámce;
• - přenos rámců do sítě přes cílový port nalezený v tabulce adres.

Rychlost filtrace i rychlost posunu se obvykle měří ve snímcích za sekundu.

Pokud vlastnosti přepínače neurčují, pro který protokol a pro jakou velikost rámce jsou uvedeny hodnoty rychlosti filtrování a předávání, pak se standardně má za to, že tyto indikátory jsou uvedeny pro protokol Ethernet a rámce 64 bajtů. dlouhý (bez preambule), s datovým polem 46 bajtů .

Použití rámců minimální délky jako hlavního ukazatele rychlosti přepínače je vysvětleno tím, že takové rámce vždy vytvářejí nejobtížnější provozní režim přepínače ve srovnání s rámci jiného formátu se stejnou propustností přenášených uživatelských dat.

Při testování přepínače se tedy jako nejobtížnější test používá režim minimální délky rámce, který by měl prověřit schopnost přepínače pracovat s pro něj nejhorší kombinací parametrů provozu.

Navíc pro pakety o minimální délce jsou rychlosti filtrování a přeposílání maximální hodnota, což nemá při reklamě vypínače malý význam.

Propustnost přepínače se měří množstvím uživatelských dat přenesených za jednotku času přes jeho porty.

Protože vypínač funguje odkazová vrstva, pak jsou pro něj uživatelská data data, která jsou přenášena v datovém poli rámců protokolů spojové vrstvy - Ethernet, Token Ring, FDDI atd.

Na rámech je vždy dosaženo maximální hodnoty propustnosti spínače maximální délka protože v tomto případě je podíl režijních nákladů na informace o režii rámce mnohem nižší než u rámců minimální délky a čas, kdy přepínač provede operace zpracování rámců na jeden bajt uživatelských informací, je výrazně kratší.

Závislost propustnosti přepínače na velikosti přenášených rámců dobře ilustruje příklad protokolu Ethernet, u kterého je při přenosu rámců minimální délky přenosová rychlost 14880 snímků za sekundu a propustnost 5,48 Mb/s. a při přenosu rámců maximální délky je dosaženo přenosové rychlosti 812 rámců za sekundu a propustnosti 9,74 Mb/s.

Při přechodu na rámce minimální délky klesne propustnost téměř na polovinu, a to bez zohlednění časové ztráty na zpracování rámců přepínačem.

Zpoždění přenosu rámce se měří jako čas, který uplyne od okamžiku, kdy první bajt rámce dorazí na vstupní port přepínače, do okamžiku, kdy tento bajt dorazí na výstupní port přepínače.

Latence je součet času stráveného ukládáním bajtů rámce do vyrovnávací paměti a také času stráveného zpracováním rámce přepínačem – vyhledáním tabulky adres, rozhodnutím, zda filtrovat nebo přeposlat, a přístupem k médiu výstupního portu. Velikost zpoždění zavedené spínačem závisí na režimu jeho činnosti. Pokud se přepínání provádí „za běhu“, jsou zpoždění obvykle malá a pohybují se od 10 µs do 40 µs a při ukládání do vyrovnávací paměti plného snímku - od 50 µs do 200 µs (pro snímky minimální délky). Přepínač je víceportové zařízení, proto je obvyklé, že poskytuje všechny výše uvedené vlastnosti (kromě zpoždění přenosu rámce) ve dvou verzích:

• - první možnost - celkový výkon přepínače se současným přenosem provozu přes všechny jeho porty;
• - druhá možnost je výkon na jeden port.

Protože když je provoz přenášen současně několika porty, existuje obrovské množství možností provozu, které se liší velikostí rámců v toku, rozložením průměrné intenzity toků rámců mezi cílovými porty, variačními koeficienty intenzity rámové proudy atd. atd.

Pak je třeba při porovnávání switchů z hlediska výkonu zohlednit, pro jakou variantu provozu byly zveřejněné údaje o výkonu získány. Vyvinuly se některé laboratoře, které běžně testují komunikační zařízení podrobné popisy podmínky pro testování spínačů a jejich využití ve své praxi, tyto testy se však zatím nestaly obecně průmyslovými. V ideálním případě přepínač instalovaný v síti přenáší rámce mezi uzly připojenými k jeho portům rychlostí, jakou uzly tyto rámce generují, bez zavádění dalších zpoždění a bez ztráty jediného rámce.

V reálné praxi přepínač vždy zavádí určitá zpoždění při přenosu rámců a může také některé rámce ztratit, to znamená nedoručit je na místo určení. Kvůli rozdílům ve vnitřní organizaci různé modely přepínačů, je obtížné předvídat, jak bude konkrétní přepínač přenášet rámce určitého provozního vzoru. Nejlepší kritérium stále existuje praxe, když je spínač umístěn reálná síť a měří se zpoždění, která zavádí, a počet ztracených snímků. Celkový výkon přepínače je dostatečný vysoký výkon každý z jeho jednotlivých prvků - portový procesor, přepínací matice, společné moduly pro připojení sběrnice atd.

Bez ohledu na vnitřní organizaci přepínače a na to, jak jsou jeho operace zřetězeny, je možné určit poměrně jednoduché požadavky na výkon pro jeho prvky, které jsou nezbytné pro podporu dané provozní matice. Vzhledem k tomu, že se výrobci přepínačů snaží vyrábět svá zařízení co nejrychleji, celkový vnitřní výkon přepínače často o určitou hranici překračuje průměrná intenzita jakýkoli typ provozu, který může být směrován na porty přepínače v souladu s jejich protokoly.

Tento typ přepínačů se nazývá neblokovací, tj. jakýkoli typ provozu je přenášen bez snížení jeho intenzity. Kromě šířky pásma jednotlivé prvky přepínače, jako jsou procesory portů nebo sdílená sběrnice, je výkon přepínače ovlivněn parametry přepínače, jako je velikost tabulky adres, velikost sdílené vyrovnávací paměti nebo vyrovnávací paměti jednotlivých portů.

Velikost tabulky adres ovlivňuje maximální kapacitu tabulky adres a určuje maximální počet MAC adres, které Switch zvládne současně.

Vzhledem k tomu, že přepínače nejčastěji používají vyhrazenou procesorovou jednotku s vlastní pamětí pro uložení instance tabulky adres pro provádění operací každého portu, je velikost tabulky adres pro přepínače obvykle udávána na port.

Instance tabulky adres různých modulů procesoru nemusí nutně obsahovat stejné informace o adrese - pravděpodobně nebude tolik duplicitních adres, pokud není rozložení provozu každého portu mezi ostatními porty zcela stejně pravděpodobné. Každý port ukládá pouze ty sady adres, které používá Nedávno. Hodnota maximálního počtu MAC adres, které si procesor portu může zapamatovat, závisí na aplikaci přepínače. Přepínače pracovních skupin obvykle podporují pouze několik adres na port, protože jsou navrženy tak, aby tvořily mikrosegmenty. Přepínače oddělení by měly podporovat několik stovek adres a přepínače páteřní sítě až několik tisíc, obvykle 4 000 až 8 000 adres. Nedostatečná kapacita tabulky adres může zpomalit switch a zahltit síť nadměrným provozem. Pokud je tabulka adres procesoru portů plná a narazí nová adresa zdroj v příchozím paketu, pak musí odstranit nějakou starou adresu z tabulky a umístit na její místo novou. Tato operace sama o sobě nějakou dobu zabere procesoru, ale hlavní ztráta výkonu bude pozorována, když přijde rámec s cílovou adresou, která musela být odstraněna z tabulky adres.

Protože cílová adresa rámce není známa, musí přepínač předat rámec všem ostatním portům. Tato operace vytvoří zbytečnou práci pro mnoho portových procesorů, navíc kopie tohoto rámce padnou i na ty segmenty sítě, kde jsou zcela volitelné. Někteří výrobci přepínačů řeší tento problém změnou algoritmu pro zpracování rámců s neznámou cílovou adresou. Jeden z portů přepínače je nakonfigurován jako trunk port, na který jsou standardně odesílány všechny rámce s neznámou adresou.

Vnitřní vyrovnávací paměť přepínače je potřebná pro dočasné ukládání datových rámců v případech, kdy je nelze okamžitě přenést na výstupní port. Vyrovnávací paměť je navržena tak, aby vyhladila krátkodobé zvlnění provozu.

Koneckonců, i když je provoz dobře vyvážený a výkon portových procesorů, stejně jako dalších procesních prvků přepínače, je dostatečný k přenosu průměrných hodnot provozu, nezaručuje to, že jejich výkon bude stačit na velmi vysokou špičku. hodnoty zatížení. Provoz může například na několik desítek milisekund dorazit současně na všechny vstupy přepínače, což mu zabrání přenášet přijaté rámce na výstupní porty. Aby se zabránilo ztrátám rámců, když průměrná intenzita provozu krátkodobě překročí průměr (a pro místní sítě se často vyskytují hodnoty zvlnění provozu v rozmezí 50-100), jediným řešením je velká vyrovnávací paměť. Stejně jako v případě adresových tabulek má každý modul procesoru portu obvykle vlastní vyrovnávací paměť pro ukládání rámců. Čím větší je množství této paměti, tím menší je pravděpodobnost, že dojde ke ztrátě rámců během zahlcení, i když pokud jsou průměry provozu nevyvážené, vyrovnávací paměť dříve nebo později stejně přeteče.

Přepínače navržené pro provoz v kritických částech sítě mají obvykle vyrovnávací paměť o velikosti několika desítek nebo stovek kilobajtů na port.

Je dobré, že tuto vyrovnávací paměť lze přerozdělit mezi více portů, protože současné přetížení na více portech je nepravděpodobné. Další bezpečnostní funkcí může být společná vyrovnávací paměť pro všechny porty v modulu správy přepínače. Taková vyrovnávací paměť má obvykle velikost několika megabajtů.

Mohlo by se zdát, že co může být jednoduššího než kombinovat počítače informační sítě? Ale ne všechno je tak jednoduché: pro jejich výkon je nutné, aby fungovalo velké množství zařízení. Je velmi různorodá. V tomto článku budou zvažováni zástupci druhé úrovně. Co je tedy přepínač? Proč je to potřeba a jak to funguje?

Proč je to potřeba? Síťový přepínač je zařízení, které slouží k propojení více uzlů v počítačové síti. Funguje na vrstvě datového spojení. Technologie spínačů byla vyvinuta na principu můstku. Funkce tohoto zařízení spočívá v tom, že odesílá data výhradně příjemci. To má pozitivní vliv na výkon sítě a její bezpečnost, protože v tomto případě se data nemohou dostat do nepovolaných rukou.

Kolik stojí přepínač? Cena za nejlevnější je 800 rublů, nejdražší - 24 000.

Princip činnosti

Toto zařízení má tzv asociativní paměť kde je uložena spínací tabulka. Označuje shodu počítačového uzlu s konkrétním portem. Když síťový přepínač pouze se rozsvítí, stůl je prázdný. Samotné zařízení v tomto případě funguje pouze v tréninkovém režimu. Pokud mu tedy přenesete nějaká data, pak je přenese jeden po druhém na všechny své porty. Během tohoto procesu jsou přijaté informace analyzovány a adresa odesílatele je zapsána do tabulky. A pokud jsou přijata data, která je třeba přenést k již identifikovanému uživateli, pak vše přijde přes port určený dříve. Postupem času síťový přepínač vytvoří tabulku, která bude obsahovat informace o všech aktivních adresách. Je třeba také poznamenat, že toto zařízení se vyznačuje nízkou latencí a vysoká rychlost předávání dat na každý port.

Přepínání režimů

Co je spínač, už víte. Fungují však na stejném principu, nebo existuje několik přístupů k jejich implementaci? Je jasné, že takový složitý mechanismus může mít několik speciálních režimů provozu. Jsou celkem tři. Každý z nich je kombinací dvou parametrů: spolehlivost přenosu dat a latence.

1. s meziskladem. Zařízení čte všechny informace, které jsou v balení. Poté se zkontroluje chyba, vybere se přepínací port a teprve poté se data přenesou.
2. Přes. Přepínač přečte pouze adresu, kam je potřeba data odeslat, a následně je ihned přepne. Toto je velmi rychlý mód přenos, ale významnou nevýhodou je, že může být odeslán paket, který obsahuje chyby.
3. Hybridní. V tomto režimu je analyzováno pouze prvních 64 bajtů datového paketu na chyby. Pokud zde nejsou, jsou data odeslána.

Asymetrické a symetrické spínání

Již víte, co je přepínač a jakou funkcionalitu plní. Pojďme se bavit o přenosu dat. Přepínací symetrie je nezbytná pro charakterizaci samotného zařízení z hlediska šířky pásma, jeho schopností pro každý port zařízení. Umožňuje jednotnou šířku, kdy všechny porty mohou přenášet 100 Mb/s nebo 10 Mb/s.

Asymetrický přepínač může poskytnout připojení, pokud mají porty různou šířku pásma. Klidně tedy zpracuje data, která přicházejí rychlostí 10, 100 a 1000 Mb/s. Asymetrické přepínání lze použít v přítomnosti velkých síťových datových toků, které jsou uspořádány podle principu „klient-server“. Pro odesílání dat z portu s výrazně větším polem informací na menší se používá vyrovnávací paměť. Je to nutné, aby nehrozilo přetečení, a tedy ztráta dat. Asymetrické přepínače jsou také nezbytné pro zachování provozuschopnosti vertikálních křížových propojení a kanálů mezi jednotlivými páteřními segmenty.

Závěr

Vývoj nestojí na místě a již v době psaní tohoto článku se uvažuje o přepínačích starší zařízení. Samozřejmě je stále možné je používat z čistě technické stránky problému, ale nyní, když existují routery, které svou funkcionalitu pohltily a umí navíc zajistit přenos dat přes bezdrátová síť, vypínače vypadají dost bledě.