تفاوت بین سوئیچ و روتر چیست؟ شبکه محلی خود را انجام دهید: قوانین کلی برای ساخت شبکه خانگی و اجزای اصلی آن

1997/03/18 دیمیتری گانزا

سوئیچ ها برای شبکه های محلی امروزی مرکزی هستند. انواع سوئیچینگ سوئیچینگ هاب ریسک و تکنیک های پردازش بسته ASIC معماری سوئیچ های پیشرفته ساخت شبکه های مجازی لایه 3 سوئیچینگ نتیجه گیری سوئیچینگ یکی از محبوب ترین است. فن آوری های مدرن.

سوئیچ ها برای شبکه های محلی امروزی مرکزی هستند.

سوئیچینگ یکی از محبوب ترین فناوری های مدرن است. سوئیچ ها پل ها و مسیریاب ها را به حاشیه شبکه های محلی هل می دهند و نقش سازماندهی ارتباطات از طریق آنها را پشت سر می گذارند. شبکه جهانی. چنین محبوبیتی از سوئیچ ها در درجه اول به این دلیل است که به دلیل تقسیم بندی خرد، عملکرد شبکه را در مقایسه با شبکه های مشترک با پهنای باند اسمی یکسان افزایش می دهند. سوئیچ‌ها علاوه بر تقسیم شبکه به بخش‌های کوچک، سازماندهی دستگاه‌های متصل به شبکه‌های منطقی را امکان‌پذیر می‌سازند و در صورت لزوم به راحتی آنها را دوباره دسته‌بندی می‌کنند. به عبارت دیگر، آنها به شما اجازه ایجاد شبکه های مجازی را می دهند.

سوئیچ چیست؟ طبق تعریف IDC، "سوئیچ وسیله ای است که به عنوان یک هاب طراحی شده و به عنوان یک پل پرسرعت چند پورت عمل می کند؛ مکانیزم سوئیچینگ داخلی امکان بخش بندی شبکه محلی و تخصیص پهنای باند به ایستگاه های پایانی در شبکه را می دهد" (به مقاله M. Kulgin "ساخت شبکه، کاشت درخت ..." در شماره فوریه مراجعه کنید. LAN). با این حال، این تعریف در درجه اول برای سوئیچ های قاب اعمال می شود.

انواع سوئیچینگ

سوئیچینگ معمولاً به معنای چهار فناوری مختلف است - سوئیچینگ پیکربندی، سوئیچینگ فریم، سوئیچینگ سلولی و تبدیل فریم به سلول.

سوئیچینگ پیکربندی به عنوان سوئیچینگ پورت نیز شناخته می شود، که در آن یک پورت خاص در ماژول هاب هوشمند به یکی از بخش های داخلی اترنت (یا Token Ring) اختصاص داده می شود. این تخصیص از راه دور از طریق انجام می شود کنترل برنامهشبکه هنگام اتصال یا جابجایی کاربران و منابع در شبکه. بر خلاف سایر فناوری های سوئیچینگ، این روش عملکرد یک LAN مشترک را بهبود نمی بخشد.

سوئیچینگ فریم یا سوئیچینگ LAN، از فرمت‌های فریم استاندارد اترنت (یا Token Ring) استفاده می‌کند. هر فریم توسط نزدیکترین سوئیچ پردازش می شود و بیشتر از طریق شبکه مستقیماً به گیرنده ارسال می شود. در نتیجه، شبکه به مجموعه ای از کانال های مستقیم پرسرعت تبدیل می شود که به صورت موازی کار می کنند. نحوه سوئیچینگ فریم ها در داخل سوئیچ را در زیر با استفاده از مثال سوئیچینگ هاب بررسی خواهیم کرد.

سوئیچینگ سلولی در دستگاه خودپرداز استفاده می شود. استفاده از سلول های کوچک با طول ثابت، ایجاد ساختارهای سوئیچینگ کم هزینه و با سرعت بالا در سطح سخت افزار را ممکن می سازد. هر دو سوئیچ فریم و سوئیچ سلولی می توانند چندین گروه کاری مستقل را بدون در نظر گرفتن آنها پشتیبانی کنند ارتباط فیزیکی(به بخش "ساخت شبکه های مجازی" مراجعه کنید).

تبدیل فریم به سلول، به عنوان مثال، به یک ایستگاه با کارت اترنت اجازه می دهد تا مستقیماً با دستگاه های موجود در یک شبکه ATM ارتباط برقرار کند. این فناوری در شبیه سازی LAN استفاده می شود.

در این درس، ما در درجه اول به سوئیچینگ فریم علاقه مند خواهیم بود.

سوئیچینگ هاب ها

اولین هاب سوئیچینگ به نام EtherSwictch توسط Kalpana معرفی شد. این هاب امکان کاهش رقابت شبکه را با کاهش تعداد گره‌ها در یک بخش منطقی با استفاده از فناوری تقسیم‌بندی میکرو فراهم می‌کند. اساساً تعداد ایستگاه ها در یک بخش به دو ایستگاه کاهش یافت: ایستگاهی که درخواست را آغاز می کند و ایستگاهی که به درخواست پاسخ می دهد. هیچ ایستگاه دیگری اطلاعات ارسال شده بین آنها را نمی بیند. بسته ها گویی از طریق یک پل منتقل می شوند، اما بدون تاخیر ذاتی پل.

در سوئیچ شبکه های اترنتهر یک از اعضای یک گروه متشکل از چندین کاربر را می توان به طور همزمان تضمین کرد توان عملیاتی 10 مگابیت بر ثانیه برای درک چگونگی عملکرد چنین مرکزی، قیاس با مرکز تلفن معمولی قدیمی، که در آن شرکت کنندگان در گفتگو با یکدیگر متصل می شوند. کابل هممحور. وقتی مشترکی با شماره 07 "ابدی" تماس گرفت و خواست که به فلان شماره وصل شود، اپراتور اول از همه بررسی کرد که آیا خط موجود است یا خیر. اگر چنین است، شرکت کنندگان را مستقیماً با یک تکه کابل متصل می کند. هیچ کس دیگری (البته به استثنای سرویس های مخفی) نمی توانست صحبت آنها را بشنود. پس از پایان تماس، اپراتور کابل را از هر دو پورت جدا کرد و منتظر تماس بعدی شد.

هاب های سوئیچینگ به روشی مشابه عمل می کنند (شکل 1 را ببینید): آنها بسته ها را از یک درگاه ورودی به یک درگاه خروجی از طریق پارچه سوئیچینگ عبور می دهند. هنگامی که یک بسته به یک پورت ورودی برخورد می کند، سوئیچ آدرس MAC خود را می خواند (یعنی آدرس لایه 2) و بلافاصله به پورت مرتبط با آن آدرس ارسال می شود. اگر پورت مشغول باشد، بسته در صف قرار می گیرد. در اصل، صف یک بافر در یک پورت ورودی است که در آن بسته ها منتظر می مانند تا پورت مناسب آزاد شود. با این حال، روش های بافر تا حدودی متفاوت است.

تصویر 1.
هاب های سوئیچینگ مانند سوئیچ های تلفن قدیمی عمل می کنند: آنها یک پورت ورودی را مستقیماً از طریق یک ماتریس سوئیچینگ به یک درگاه خروجی متصل می کنند.

روش های حمل و نقل بسته ها

در سوئیچینگ انتها به انتها (همچنین به آن سوئیچینگ در پرواز و سوئیچینگ بدون بافر نیز گفته می شود)، سوئیچ فقط آدرس یک بسته ورودی را می خواند. بسته بدون توجه به عدم وجود یا وجود خطا در آن بیشتر منتقل می شود. این می تواند زمان پردازش بسته را به میزان قابل توجهی کاهش دهد، زیرا فقط چند بایت اول خوانده می شود. بنابراین، شناسایی بسته های معیوب و درخواست ارسال مجدد آنها بر عهده گیرنده است. با این حال، مدرن سیستم های کابلیبه اندازه کافی قابل اعتماد است که نیاز به ارسال مجدد در بسیاری از شبکه ها حداقل است. با این حال، هیچ کس از خطا در صورت آسیب کابل، خرابی برد شبکه یا تداخل منبع الکترومغناطیسی خارجی مصون نیست.

هنگام سوئیچینگ با بافر میانی، سوئیچ هنگام دریافت بسته، آن را تا زمانی که آن را به طور کامل نخواند، بیشتر ارسال نمی کند یا در هر صورت، تمام اطلاعات مورد نیاز خود را خوانده است. نه تنها آدرس گیرنده را تعیین می کند، بلکه چک سام را نیز بررسی می کند، یعنی می تواند بسته های معیوب را قطع کند. این به شما امکان می دهد بخش تولید خطا را ایزوله کنید. بنابراین، سوئیچینگ بافر بر قابلیت اطمینان بیش از سرعت تأکید دارد.

علاوه بر دو مورد فوق، برخی از سوئیچ ها از روش هیبریدی استفاده می کنند. در شرایط عادی، آنها سوئیچینگ انتها به انتها را انجام می دهند، اما تعداد خطاها را با بررسی کنترل می کنند چک جمع ها. اگر تعداد خطاها به مقدار آستانه از پیش تعیین شده برسد، به حالت سوئیچینگ با بافر میانی می روند. زمانی که تعداد خطاها به حد قابل قبولی کاهش یابد، به حالت سوئیچینگ انتها به انتها باز می گردند. به این نوع سوئیچینگ، سوئیچینگ آستانه یا تطبیقی ​​می گویند.

RISC و ASIC

اغلب سوئیچ های بافر با استفاده از پردازنده های استاندارد RISC پیاده سازی می شوند. یکی از مزایای این روش این است که در مقایسه با سوئیچ های ASIC نسبتاً ارزان است، اما برای کاربردهای تخصصی خیلی خوب نیست. سوئیچینگ در چنین دستگاه هایی با استفاده از آن انجام می شود نرم افزار، بنابراین با ارتقاء نرم افزار نصب شده می توان عملکرد آنها را تغییر داد. نقطه ضعف این است که آنها کندتر از سوئیچ های مبتنی بر ASIC هستند.

سوئیچ های ASIC برای انجام وظایف تخصصی طراحی شده اند: تمام عملکرد آنها به سخت افزار "سیم سخت" است. یک اشکال در این رویکرد وجود دارد: هنگامی که مدرن سازی ضروری است، سازنده مجبور می شود مدار را دوباره کار کند. ASIC ها معمولاً سوئیچینگ انتها به انتها را ارائه می دهند. پارچه سوئیچ ASIC مسیرهای فیزیکی اختصاصی را بین پورت ورودی و خروجی ایجاد می کند، همانطور که در نشان داده شده است.

معماری سوئیچ پیشرفته

سوئیچ های سطح بالا معمولاً در طراحی ماژولار هستند و می توانند هم سوئیچینگ بسته و هم سوئیچینگ سلولی را انجام دهند. ماژول های چنین سوئیچ سوئیچینگ بین شبکه ها را انجام می دهند انواع متفاوتاز جمله اترنت، اترنت سریع، حلقه توکن، FDDI و ATM. مکانیزم اصلی سوئیچینگ در چنین دستگاه هایی ساختار سوئیچینگ ATM است. ما معماری چنین دستگاه هایی را با استفاده از Centillion 100 از Bay Networks به عنوان مثال در نظر خواهیم گرفت.

سوئیچینگ با استفاده از سه جزء سخت افزاری زیر انجام می شود (شکل 2 را ببینید):

(1x1)

شکل 2.
سوئیچینگ سلولی به دلیل سرعت بالا و سهولت انتقال به ATM به طور فزاینده ای در سوئیچ های پیشرفته استفاده می شود.

هر ماژول سوئیچ دارای پورت های I/O، حافظه بافر و CellManager ASIC است. علاوه بر این، هر ماژول LAN همچنین دارای یک پردازنده RISC برای انجام سوئیچینگ فریم بین پورت های محلی و یک بسته بندی/تجزیه کننده برای تبدیل فریم ها و سلول ها به یکدیگر است. همه ماژول ها می توانند به طور مستقل بین پورت های خود سوئیچ کنند، به طوری که تنها ترافیکی که برای ماژول های دیگر ارسال می شود از طریق backplane ارسال می شود.

هر ماژول جدول آدرس های خود را حفظ می کند، و پردازنده کنترل اصلی آنها را در یک جدول مشترک ترکیب می کند، به طوری که یک ماژول واحد می تواند شبکه را به عنوان یک کل ببیند. به عنوان مثال، اگر ماژول اترنت یک بسته را دریافت کند، مشخص می کند که بسته به چه کسی خطاب می شود. اگر آدرس در جدول آدرس محلی باشد، پردازشگر RISC بسته را بین پورت های محلی سوئیچ می کند. اگر مقصد روی ماژول دیگری باشد، اسمبلر/جداساز بسته را به سلول تبدیل می کند. CellManager یک ماسک مقصد را برای شناسایی ماژول(ها) و پورت(هایی) که بار سلولی به آن مقصد است، مشخص می کند. هر ماژولی که بیت ماسک کارت آن در ماسک مقصد تنظیم شده باشد، سلول را در حافظه محلی کپی می کند و داده ها را مطابق با بیت های ماسک پورت تنظیم شده به پورت خروجی مناسب منتقل می کند.

ساخت شبکه های مجازی

سوئیچ ها علاوه بر بهبود عملکرد، به شما امکان ایجاد شبکه های مجازی را می دهند. یکی از روش‌های ایجاد یک شبکه مجازی، ایجاد یک دامنه پخش با اتصال منطقی پورت‌ها در زیرساخت فیزیکی یک دستگاه ارتباطی است (این می‌تواند یک هاب هوشمند - سوئیچینگ پیکربندی، یا یک سوئیچ - سوئیچینگ فریم باشد). به عنوان مثال، پورت های فرد در یک دستگاه هشت پورت به یک شبکه مجازی و پورت های زوج به شبکه دیگر اختصاص داده می شوند. در نتیجه، یک ایستگاه در یک شبکه مجازی از ایستگاه های دیگر جدا می شود. عیب این روش شبکه مجازی این است که تمام ایستگاه های متصل به یک پورت باید متعلق به یک شبکه مجازی باشند.

روش دیگری برای ایجاد یک شبکه مجازی بر اساس آدرس MAC دستگاه های متصل است. با این روش سازماندهی یک شبکه مجازی، هر کارمندی می تواند مثلا لپ تاپ خود را به هر پورت سوییچ متصل کند و به طور خودکار بر اساس آدرس MAC تعیین می کند که آیا کاربرش به یک شبکه مجازی خاص تعلق دارد یا خیر. این روش همچنین به کاربران متصل به یک پورت سوئیچ اجازه می دهد تا به شبکه های مجازی مختلف تعلق داشته باشند. بیشتر در مورد شبکه های مجازیمقاله A. Avduevsky "چنین شبکه های مجازی واقعی" را در شماره مارس LAN امسال ببینید.

سوئیچینگ سطح سوم

سوئیچ ها با وجود تمام مزایایی که دارند، یک ایراد مهم دارند: آن ها قادر به محافظت از شبکه در برابر بهمن بسته های پخشی نیستند و این منجر به بار غیرمولد شبکه و افزایش زمان پاسخ می شود. روترها می توانند ترافیک پخش غیرضروری را نظارت و فیلتر کنند، اما سرعت آنها یک مرتبه کندتر است. بنابراین، طبق مستندات Case Technologies، عملکرد معمول یک روتر 10000 بسته در ثانیه است، و این را نمی توان با عملکرد یک سوئیچ - 600000 بسته در ثانیه مقایسه کرد.

در نتیجه، بسیاری از تولیدکنندگان شروع به ساخت توابع مسیریابی در سوئیچ ها کردند. برای جلوگیری از کند شدن قابل توجه سوئیچ، آن را اعمال کنید روش های مختلف: برای مثال، هر دو سوئیچینگ لایه 2 و سوئیچینگ لایه 3 به طور مستقیم در سخت افزار (در مدارهای مجتمع ASIC). تولید کنندگان مختلفنام این فناوری متفاوت است، اما هدف یکسان است: سوئیچ مسیریابی باید عملکردهای لایه سوم را با همان سرعت عملکرد لایه دوم انجام دهد. یک عامل مهم قیمت چنین دستگاهی در هر پورت است: همچنین باید مانند سوئیچ ها پایین باشد (به مقاله نیک لیپیس در شماره بعدی مجله LAN مراجعه کنید).

نتیجه

سوئیچ ها از نظر ساختاری و عملکردی بسیار متنوع هستند. در یک مقاله کوچک نمی توان تمام جنبه های آنها را پوشش داد. در آموزش بعدی، سوئیچ های ATM را با دقت بیشتری بررسی خواهیم کرد.

دیمیتری گانزا سردبیر اجرایی LAN است. می توان با او تماس گرفت: [ایمیل محافظت شده].

گفتگو کنندگان. به عنوان یک قاعده، در شبکه های عمومی غیرممکن است که برای هر جفت مشترک، خط ارتباط فیزیکی خود را فراهم کنید، که آنها می توانند به طور انحصاری "مالک" و در هر زمان استفاده کنند. بنابراین، شبکه همیشه از روشی برای سوئیچینگ مشترک استفاده می کند که جداسازی کانال های فیزیکی موجود بین چندین جلسه ارتباطی و بین مشترکین شبکه را تضمین می کند.

سوئیچینگ در شبکه های داده محلی

فناوری سوئیچینگ بخش اترنت توسط Kalpana در سال 1990 در پاسخ به نیاز روزافزون به افزایش پهنای باند ارتباطات سرور با کارایی بالا با بخش های ایستگاه کاری معرفی شد. طرح ساختاری EtherSwitch ارائه شده توسط Kalpana در زیر ارائه شده است. هر یک از 8 پورت 10Base-T توسط یک پردازنده بسته اترنت - EPP (پردازنده بسته اترنت) ارائه می شود. علاوه بر این، سوئیچ دارای یک ماژول سیستمی است که عملکرد تمام پردازنده های EPP را هماهنگ می کند. ماژول سیستم یک جدول آدرس مشترک سوئیچ را حفظ می کند و کنترل سوئیچ را توسط آن فراهم می کند پروتکل SNMP. فریم‌ها با استفاده از یک پارچه سوئیچ بین پورت‌ها منتقل می‌شوند، مشابه آنچه در مبادلات تلفن یا رایانه‌های چند پردازنده‌ای یافت می‌شود و چندین پردازنده را به چندین ماژول حافظه متصل می‌کند. ماتریس سوئیچینگ بر اساس اصل سوئیچینگ مدار کار می کند. برای 8 پورت، ماتریس می تواند 8 کانال داخلی همزمان را در اختیار شما قرار دهد نیم دوبلکسپورت ها و 16 - با فول دوبلکس، زمانی که فرستنده و گیرنده هر پورت مستقل از یکدیگر کار می کنند.

هنگامی که یک فریم به هر پورتی می رسد، پردازنده EPP چند بایت اول فریم را برای خواندن آدرس مقصد بافر می کند. پس از دریافت آدرس مقصد، پردازنده بلافاصله تصمیم می گیرد بسته را منتقل کند، بدون اینکه منتظر رسیدن بایت های باقی مانده از فریم باشد. برای انجام این کار، از طریق کش جدول آدرس خود را جستجو می کند، و اگر آن را در آنجا پیدا نکرد آدرس مورد نظر، به ماژول سیستم اشاره دارد که در حالت چند وظیفه ای عمل می کند و به طور همزمان درخواست های تمام پردازنده های EPP را سرویس می دهد. ماژول سیستم جدول آدرس عمومی را اسکن می کند و رشته پیدا شده را به پردازنده برمی گرداند و آن را در حافظه پنهان خود برای استفاده بعدی بافر می کند. پس از یافتن آدرس مقصد، پردازنده EPP می‌داند که در مرحله بعد با فریم ورودی چه کاری انجام دهد (در طول جستجوی جدول آدرس، پردازنده به بافر کردن بایت‌های فریم رسیده به پورت ادامه داد). اگر یک فریم نیاز به فیلتر داشته باشد، پردازنده به سادگی نوشتن بایت های فریم را در بافر متوقف می کند، بافر را پاک می کند و منتظر می ماند تا یک فریم جدید برسد. اگر فریم نیاز به انتقال به پورت دیگری باشد، آنگاه پردازنده به ماتریس سوئیچینگ دسترسی پیدا می کند و سعی می کند مسیری را در آن ایجاد کند که پورت آن را به پورتی متصل کند که مسیر به آدرس مقصد از طریق آن می رود. فابریک سوییچ تنها زمانی می تواند این کار را انجام دهد که پورت مقصد در حال حاضر آزاد باشد، یعنی به پورت دیگری متصل نباشد. اگر پورت مشغول باشد، مانند هر دستگاه سوئیچ مدار، ماتریس در اتصال رد می شود. در این حالت فریم به طور کامل توسط پردازنده پورت ورودی بافر می شود و پس از آن پردازنده منتظر می ماند تا پورت خروجی آزاد شود و ماتریس سوئیچینگ مسیر مورد نظر را تشکیل دهد.

بعد از بلاقاصلهتنظیم شده است، بافرهای فریم بافر به آن ارسال می شود و توسط پردازنده پورت خروجی دریافت می شود. به محض اینکه پردازنده پورت خروجی به بخش اترنت متصل به آن با استفاده از الگوریتم CSMA / CD دسترسی پیدا کرد، بایت های فریم بلافاصله شروع به انتقال به شبکه می کنند. پردازنده پورت ورودی به طور دائم چند بایت از یک فریم دریافتی را در بافر خود ذخیره می کند و به آن اجازه می دهد به طور مستقل و ناهمزمان بایت های فریم را دریافت و ارسال کند.

سوئیچینگ در شبکه های تلفن شهری

شهری شبکه تلفنمجموعه ای از سازه های خطی و ایستگاهی است. شبکه ای که یک صرافی دارد غیر منطقه ای نامیده می شود. ساختارهای خطی چنین شبکه ای فقط شامل خطوط مشترک. مقدار معمولی ظرفیت چنین شبکه ای 8-10 هزار مشترک است. با ظرفیت های زیاد، به دلیل افزایش شدید طول AL، توصیه می شود به ساخت شبکه منطقه ای تغییر دهید. در این حالت، قلمرو شهر به بخش‌هایی تقسیم می‌شود که در هر منطقه یک مرکز تلفن خودکار (RATS) ساخته می‌شود که مشترکین این منطقه به آن متصل هستند. اتصالات مشترکین یک منطقه از طریق یک موش صحرایی انجام می شود، مشترکین RATS مختلف - از طریق دو. موش ها با خطوط اتصال در حالت کلی طبق اصل "هر کدام با هر" به هم متصل می شوند. تعداد کل تیرهای بین RATS برابر است با تعداد RATS/2. با افزایش ظرفیت شبکه، تعداد بسته های SL که RATC ها را به یکدیگر وصل می کنند طبق اصل "هر کدام با هر" به شدت شروع به رشد می کند که منجر به افزایش بیش از حد مصرف کابل و هزینه سازماندهی ارتباطات می شود و بنابراین با ظرفیت های شبکه بیش از 80 هزار مشترک، از یک گره سوئیچینگ اضافی استفاده می شود. در چنین شبکه ای، ارتباط بین مبادلات مناطق مختلف از طریق گره ها انجام می شود پیام دریافتی(UVS)، و ارتباط در ناحیه گرهی آن (UR بر اساس اصل "هر کدام با هر" یا از طریق UVS خودش انجام می شود.

فناوری سوئیچینگ بخش اترنت توسط Kalpana در سال 1990 در پاسخ به نیاز روزافزون به افزایش پهنای باند ارتباطات سرور با کارایی بالا با بخش های ایستگاه کاری معرفی شد.

بلوک دیاگرام EtherSwitch ارائه شده توسط Kalpana در شکل نشان داده شده است. 12.6.

شکل 12. 6 مثال ساختار سوئیچ

هر یک از 8 پورت 10Base-T توسط یک پردازشگر بسته Ethernet-EPP (EthernetPacketProcessor) ارائه می شود. علاوه بر این، سوئیچ دارای یک ماژول سیستمی است که عملکرد تمام پردازنده های EPP را هماهنگ می کند. ماژول سیستم یک جدول آدرس سوئیچ مشترک را حفظ می کند و سوئیچ را از طریق پروتکل SNMP مدیریت می کند. فریم‌ها با استفاده از یک پارچه سوئیچ بین پورت‌ها منتقل می‌شوند، مشابه آنچه در مبادلات تلفن یا رایانه‌های چند پردازنده‌ای یافت می‌شود و چندین پردازنده را به چندین ماژول حافظه متصل می‌کند.

ماتریس سوئیچینگ بر اساس اصل سوئیچینگ مدار کار می کند. برای 8 پورت، ماتریس می تواند 8 کانال داخلی همزمان در حالت نیمه دوبلکس پورت ها و 16 کانال در حالت فول دوبلکس ارائه دهد، زمانی که فرستنده و گیرنده هر پورت مستقل از یکدیگر کار می کنند.

هنگامی که یک فریم به هر پورتی می رسد، پردازنده EPP چند بایت اول فریم را برای خواندن آدرس مقصد بافر می کند. پس از دریافت آدرس مقصد، پردازنده بلافاصله تصمیم می گیرد بسته را منتقل کند، بدون اینکه منتظر رسیدن بایت های باقی مانده از فریم باشد. برای انجام این کار، او در حافظه پنهان جدول آدرس خود نگاه می کند و اگر آدرس لازم را در آنجا پیدا نکرد، به ماژول سیستم مراجعه می کند که در حالت چند وظیفه ای کار می کند و همزمان درخواست های تمام پردازنده های EPP را سرویس می دهد. ماژول سیستم جدول آدرس عمومی را اسکن می کند و رشته پیدا شده را به پردازنده برمی گرداند و آن را در حافظه پنهان خود برای استفاده بعدی بافر می کند.

پس از یافتن آدرس مقصد، پردازنده EPP می‌داند که در مرحله بعد با فریم ورودی چه کاری انجام دهد (در طول جستجوی جدول آدرس، پردازنده به بافر کردن بایت‌های فریم رسیده به پورت ادامه داد). اگر یک فریم نیاز به فیلتر داشته باشد، پردازنده به سادگی نوشتن بایت های فریم را در بافر متوقف می کند، بافر را پاک می کند و منتظر می ماند تا یک فریم جدید برسد.

اگر فریم نیاز به انتقال به پورت دیگری باشد، آنگاه پردازنده به ماتریس سوئیچینگ دسترسی پیدا می کند و سعی می کند مسیری را در آن ایجاد کند که پورت آن را به پورتی متصل کند که مسیر به آدرس مقصد از طریق آن می رود. فابریک سوییچ تنها زمانی می تواند این کار را انجام دهد که پورت مقصد در حال حاضر آزاد باشد، یعنی به پورت دیگری متصل نباشد.

اگر پورت مشغول باشد، مانند هر دستگاه سوئیچ مدار، ماتریس در اتصال رد می شود. در این حالت فریم به طور کامل توسط پردازنده پورت ورودی بافر می شود و پس از آن پردازنده منتظر می ماند تا پورت خروجی آزاد شود و ماتریس سوئیچینگ مسیر مورد نظر را تشکیل دهد.

پس از تنظیم مسیر، بایت های فریم بافر به آن ارسال شده و توسط پردازنده پورت خروج دریافت می شود. به محض اینکه پردازنده پورت خروجی به بخش اترنت متصل به آن با استفاده از الگوریتم CSMA / CD دسترسی پیدا کرد، بایت های فریم بلافاصله شروع به انتقال به شبکه می کنند. پردازنده پورت ورودی به طور مداوم چندین بایت از فریم دریافتی را در بافر خود ذخیره می کند که به آن اجازه می دهد به طور مستقل و ناهمزمان بایت های فریم را دریافت و ارسال کند (شکل 4.24).

با آزاد بودن حالت درگاه خروجی در زمان دریافت فریم، تاخیر بین دریافت اولین بایت فریم توسط سوئیچ و ظاهر شدن همان بایت در خروجی درگاه مقصد برای سوئیچ کالپانا تنها 40 میکرو ثانیه بود که بسیار کمتر از تاخیر فریم در هنگام ارسال توسط پل بود.

شکل 12. 7 انتقال فریم از طریق ماتریس سوئیچینگ

روش توصیف شده برای انتقال فریم بدون بافر کامل آن، سوئیچینگ "در پرواز" یا "برش از طریق" نامیده می شود. این روش در واقع پردازش خط لوله فریم است، زمانی که چندین مرحله از انتقال آن تا حدی در زمان ترکیب شود (شکل 12.8).

دریافت اولین بایت های فریم توسط پردازنده پورت ورودی، از جمله دریافت بایت های آدرس مقصد.

آدرس مقصد را در جدول آدرس سوئیچ (در حافظه نهان پردازنده یا در جدول عمومی ماژول سیستم) جستجو کنید.

سوئیچینگ ماتریسی

دریافت بایت های باقی مانده از فریم توسط پردازنده پورت ورودی.

دریافت بایت های فریم (شامل اولین ها) توسط پردازنده پورت خروجی از طریق ماتریس سوئیچینگ.

دسترسی به محیط توسط پردازنده پورت خروجی.

انتقال بایت های فریم توسط پردازنده پورت خروجی به شبکه.

مراحل 2 و 3 را نمی توان در زمان ترکیب کرد، زیرا بدون دانستن تعداد پورت خروجی، عملیات سوئیچینگ ماتریس منطقی نیست.

پ

شکل 12. 8 صرفه جویی در زمان در طول پردازش خط لوله یک قاب: الف - پردازش خط لوله. ب - پردازش عادی با بافر کامل

با این حال، دلیل اصلی بهبود عملکرد شبکه هنگام استفاده از سوئیچ است موازی پردازش فریم های متعدد

از آنجایی که مزیت اصلی سوئیچ که به لطف آن موقعیت های بسیار خوبی در شبکه های محلی کسب کرده است، عملکرد بالای آن است، توسعه دهندگان سوئیچ در تلاش برای انتشار به نام غیر مسدود کننده ( غیر - مسدود کردن ) مدل های سوئیچ .

سوئیچ غیر مسدود کننده سوئیچی است که می تواند فریم ها را از طریق پورت های خود با همان سرعتی که به آنها می رسد منتقل کند.طبیعتاً حتی یک سوئیچ غیر مسدود کننده نیز نمی تواند موقعیت هایی را برای مدت طولانی که مسدود شدن فریم به دلیل سرعت محدود درگاه خروجی رخ می دهد حل کند.

معمولاً منظور آنها یک حالت غیر مسدود کننده پایدار عملکرد سوئیچ است، زمانی که سوئیچ فریم ها را با سرعت رسیدن آنها برای یک دوره زمانی دلخواه ارسال می کند. برای اطمینان از چنین حالتی، طبیعتاً چنین توزیعی از جریان های فریم بر روی درگاه های خروجی ضروری است تا بتوانند با بار مقابله کنند و سوئیچ همیشه بتواند به طور متوسط ​​به تعداد فریم هایی که به ورودی ها رسیده اند به خروجی ها ارسال کند. اگر جریان فریم ورودی (مجموع روی همه پورت ها) به طور متوسط ​​از جریان فریم خروجی بیشتر شود (همچنین روی همه پورت ها جمع می شود)، فریم ها در حافظه بافر سوئیچ انباشته می شوند و اگر از آن فراتر رفت، به سادگی کنار گذاشته می شوند.

,

جایی که
- عملکرد سوئیچ،
- حداکثر عملکرد پروتکل که توسط پورت i-ام سوئیچ پشتیبانی می شود.

مجموع خروجی پورت هر فریم عبوری را دو بار محاسبه می کند - به عنوان یک فریم ورودی و به عنوان یک فریم خروجی، و از آنجایی که در حالت ثابت، ترافیک ورودی برابر با خروجی است، حداقل عملکرد سوئیچ کافی برای پشتیبانی از حالت غیر مسدود، نصف کل خروجی پورت است. اگر پورت در حالت نیمه دوبلکس مانند اترنت 10 مگابیت بر ثانیه کار می کند، عملکرد پورت
برابر با 10 مگابیت در ثانیه، و اگر در حالت دوبلکس کامل باشد، آنگاه است
20 مگابیت بر ثانیه خواهد بود.

استفاده گسترده از سوئیچ ها، البته، با این واقعیت تسهیل شد که معرفی فناوری سوئیچینگ نیازی به جایگزینی تجهیزات نصب شده در شبکه ها - آداپتورهای شبکه، هاب ها، سیستم های کابلی نداشت. پورت های سوئیچ در حالت نیمه دوبلکس معمولی کار می کردند، بنابراین می توان به طور شفاف هر دو گره انتهایی و هاب را که کل بخش منطقی را سازماندهی می کرد به آنها متصل کرد.

از آنجایی که سوئیچ‌ها و پل‌ها برای پروتکل‌های لایه شبکه شفاف هستند، ظاهر آن‌ها در شبکه هیچ تأثیری بر روترهای شبکه نداشت.

سهولت استفاده از سوئیچ همچنین در این واقعیت نهفته است که این یک دستگاه خودآموز است و اگر مدیر آن را با عملکردهای اضافی بارگیری نکند، پیکربندی آن ضروری نیست - فقط باید اتصالات کابل را به درستی به درگاه های سوئیچ متصل کنید و سپس به طور مستقل کار می کند و به طور موثر وظیفه خود را برای افزایش عملکرد شبکه انجام می دهد.

سوئیچ مدیریت نشده مناسب برای ساختمان شبکه خانگییا شبکه های اداری کوچک تفاوت آن با بقیه نسخه "جعبه" است. یعنی بعد از خرید کافی است یک اتصال به سرور ارائه دهنده راه اندازی کنید و بتوانید اینترنت را توزیع کنید.

هنگام کار با چنین سوئیچ، باید در نظر داشت که تاخیرهای کوتاه مدت در هنگام استفاده از پیجرها امکان پذیر است ارتباط صوتی(اسکایپ، Vo-IP) و عدم توانایی در توزیع عرض کانال اینترنت. یعنی وقتی برنامه تورنت را روی یکی از کامپیوترهای شبکه روشن می کنید تقریبا کل پهنای باند را مصرف می کند و بقیه کامپیوترهای شبکه از بقیه پهنای باند استفاده می کنند.

سوئیچ مدیریت شده است بهترین تصمیمبرای ایجاد شبکه در دفاتر و باشگاه های کامپیوتری. این نوعفروخته شده در تجهیزات استانداردو تنظیمات استاندارد

برای پیکربندی چنین سوئیچ، باید عرق کنید - تعداد زیادی ازتنظیمات می تواند سر شما را بچرخاند، اما چه زمانی رویکرد درستنتایج شگفت انگیز به ارمغان بیاورد ویژگی اصلی- توزیع عرض کانال و تنظیم توان عملیاتی هر پورت. بیایید به عنوان مثال یک کانال اینترنتی با سرعت 50 مگابیت بر ثانیه، 5 کامپیوتر در شبکه، یک دستگاه IP-TV و یک ATC را در نظر بگیریم. ما می توانیم چندین گزینه را انجام دهیم، اما من فقط یکی را در نظر خواهم گرفت.

علاوه بر این - فقط تخیل و تفکر غیر استاندارد شما. در مجموع نسبتا داریم کانال بزرگ. چرا نسبتا؟ اگر با دقت به اصل موضوع بپردازید، این اطلاعات را بیشتر خواهید آموخت. فراموش کردم توضیح دهم - من در حال ساختن یک شبکه برای یک دفتر کوچک هستم. IP-TV برای تلویزیون در اتاق انتظار، رایانه ها - برای کار با آن استفاده می شود پست الکترونیک، انتقال اسناد، نماهای سایت، ATC - برای اتصال تلفن ثابتبه خط اصلی برای دریافت تماس از Skype، QIP، تلفن های همراهو غیره.

سوئیچ مدیریت شده اصلاحی از یک سوئیچ معمولی و مدیریت نشده است.

علاوه بر تراشه ASIC، دارای یک ریزپردازنده است که قادر به انجام عملیات اضافی بر روی فریم ها، مانند فیلتر کردن، اصلاح و اولویت بندی، و همچنین سایر اقدامات غیر مرتبط با ارسال فریم است. به عنوان مثال، یک رابط کاربری ارائه کنید.

از نظر عملی، تفاوت‌های بین سوئیچ‌های مدیریت‌شده و سوئیچ‌های مدیریت‌نشده، اولاً، در فهرست استانداردهای پشتیبانی‌شده است - اگر یک سوئیچ معمولی و مدیریت‌نشده تنها از استاندارد اترنت (IEEE 802.3) در انواع مختلف آن پشتیبانی می‌کند، سوئیچ‌های مدیریت‌شده از فهرست بسیار گسترده‌تری از استانداردها پشتیبانی می‌کنند: روشن، که نیاز به پیکربندی و مدیریت دارند.

نوع دیگری وجود دارد - سوئیچ های SMART.

ظاهر سوئیچ های هوشمند به دلیل یک ترفند بازاریابی بود - دستگاه ها از تعداد قابل توجهی عملکرد کمتری نسبت به همتایان قدیمی خود پشتیبانی می کنند، اما با این وجود قابل مدیریت هستند.

به منظور سردرگمی و گمراهی مصرف کنندگان، اولین مدل ها با نام هوشمند یا مدیریت وب تولید شدند.

این دستگاه‌ها با هزینه بسیار پایین‌تر، عملکرد اصلی سوئیچ‌های مدیریت‌شده را ارائه می‌کردند - سازماندهی VLAN، فعال کردن و غیرفعال کردن پورت‌های مدیریتی، فیلتر کردن با آدرس MAC یا محدود کردن نرخ. به طور سنتی، تنها روش مدیریت یک رابط وب بود، بنابراین نام web-emanaged کاملاً به سوئیچ‌های هوشمند چسبیده است.

سوئیچ یک جدول سوئیچینگ را در حافظه انجمنی ذخیره می کند که مطابقت آدرس MAC میزبان با پورت سوئیچ را نشان می دهد. هنگامی که سوئیچ روشن می شود، این جدول خالی است و در حالت یادگیری شروع می شود. در این حالت، داده های ورودی در هر پورت به تمام پورت های دیگر سوئیچ منتقل می شود. در این حالت سوئیچ فریم ها (فریم) را تجزیه و تحلیل می کند و با تعیین آدرس MAC میزبان ارسال کننده، آن را در جدول وارد می کند.

متعاقباً، اگر یکی از پورت های سوئیچ فریمی را دریافت کند که برای میزبانی که آدرس MAC آن قبلاً در جدول است، ارسال می شود، این فریم فقط از طریق پورت مشخص شده در جدول منتقل می شود. اگر آدرس MAC میزبان مقصد به هیچ پورت سوئیچ متصل نباشد، فریم به همه پورت ها ارسال می شود.

با گذشت زمان سوئیچ یک جدول کامل برای تمام پورت های خود می سازد و در نتیجه ترافیک محلی سازی می شود.

شایان ذکر است تاخیر کم (تاخیر) و سرعت حمل و نقل بالا در هر پورت رابط.

روش های سوئیچینگ در سوئیچ.

سه راه برای تعویض وجود دارد. هر کدام از آنها ترکیبی از پارامترهایی مانند تأخیر «تصمیم سوئیچ» (تأخیر) و قابلیت اطمینان انتقال است.

با ذخیره سازی میانی (فروشگاه و فوروارد).

"در امتداد" (برش).

"بدون قطعه" یا ترکیبی.

با ذخیره سازی میانی (فروشگاه و فوروارد). سوئیچ تمام اطلاعات دریافت شده در فریم را می خواند، آن را برای خطا بررسی می کند، یک پورت سوئیچینگ را انتخاب می کند و سپس یک فریم تایید شده را برای آن ارسال می کند.

"در امتداد" (برش). سوئیچ فقط آدرس مقصد را در کادر می خواند و سپس سوئیچ می کند. این حالت تاخیرهای انتقال را کاهش می دهد، اما روش تشخیص خطا ندارد.

"بدون قطعه" یا ترکیبی. این حالت اصلاحی از حالت "Running through" است. انتقال پس از فیلتر کردن قطعات برخورد انجام می شود (قاب هایی با اندازه 64 بایت با استفاده از فناوری ذخیره و ارسال پردازش می شوند، بقیه با استفاده از فناوری برش پردازش می شوند). تأخیر «تصمیم سوئیچ» به مدت زمان لازم برای ورود و خروج یک فریم به پورت سوئیچ اضافه می شود و همراه با آن تأخیر کلی سوئیچ را تعیین می کند.

ویژگی های عملکرد سوئیچ

ویژگی های اصلی یک سوئیچ که عملکرد آن را اندازه گیری می کند عبارتند از:

• - سرعت فیلتراسیون (فیلتر کردن)؛
• - سرعت مسیریابی (Forwarding)؛
• - پهنای باند (خروجی)؛
• - تاخیر در انتقال فریم

علاوه بر این، چندین ویژگی سوئیچ وجود دارد که بیشترین تأثیر را بر این ویژگی های عملکردی دارد. این شامل:

• - اندازه بافر (های) فریم؛
• - عملکرد اتوبوس داخلی؛
• - عملکرد پردازنده یا پردازنده ها؛
• - اندازه جدول آدرس داخلی

سرعت فیلتر و پیشرفت فریم دو ویژگی اصلی عملکرد سوئیچ است. این ویژگی ها شاخص های یکپارچه هستند، آنها به نحوه اجرای سوئیچ از نظر فنی بستگی ندارند.

نرخ فیلترینگ نرخ عملکرد سوئیچ را تعیین می کند مراحل بعدیپردازش فریم:

• - دریافت یک فریم در بافر آن؛
• - تخریب قاب، از آنجایی که پورت مقصد آن همان پورت مبدا است.

نرخ فوروارد سرعتی را که سوئیچ مراحل پردازش فریم زیر را انجام می دهد را تعیین می کند:

• - دریافت یک فریم در بافر آن؛
• - مشاهده جدول آدرس به منظور یافتن پورت آدرس مقصد قاب؛
• - انتقال فریم به شبکه از طریق پورت مقصد موجود در جدول آدرس.

هم نرخ فیلتراسیون و هم سرعت پیشروی معمولاً بر حسب فریم در ثانیه اندازه گیری می شوند.

اگر مشخصات سوئیچ مشخص نکند که برای کدام پروتکل و برای کدام اندازه فریم مقادیر فیلتر و نرخ ارسال داده می شود، به طور پیش فرض در نظر گرفته می شود که این نشانگرها برای پروتکل اترنت و فریم هایی به طول 64 بایت (بدون مقدمه) با فیلد داده 46 بایت داده می شوند.

استفاده از فریم های حداقل طول به عنوان شاخص اصلی سرعت سوئیچ با این واقعیت توضیح داده می شود که چنین فریم هایی همیشه سخت ترین حالت عملکرد را برای سوئیچ در مقایسه با فریم های فرمت دیگری با توان عملیاتی برابر داده های کاربر منتقل شده ایجاد می کنند.

بنابراین هنگام تست سوئیچ از حالت حداقل طول فریم به عنوان سخت ترین تست استفاده می شود که باید توانایی سوئیچ را برای کار با بدترین ترکیب پارامترهای ترافیکی برای آن بررسی کرد.

علاوه بر این، برای بسته هایی با حداقل طول، نرخ فیلتر و ارسال است حداکثر مقدار، که در تبلیغات سوئیچ اهمیت کمی ندارد.

توان عملیاتی یک سوئیچ با مقدار داده های کاربر که در واحد زمان از طریق پورت های آن منتقل می شود اندازه گیری می شود.

از آنجایی که سوئیچ روشن است لایه پیوند، سپس برای آن داده های کاربر داده هایی است که در قسمت داده فریم های پروتکل های لایه پیوند - اترنت، Token Ring، FDDI و غیره حمل می شوند.

حداکثر مقدار توان سوئیچ همیشه در فریم ها به دست می آید حداکثر طولاز آنجایی که در این حالت سهم هزینه های سربار برای اطلاعات سربار فریم بسیار کمتر از فریم هایی با حداقل طول است و زمان انجام عملیات پردازش فریم توسط سوئیچ به ازای هر بایت اطلاعات کاربر به میزان قابل توجهی کمتر است.

وابستگی توان سوئیچ به اندازه فریم های ارسالی به خوبی با مثال پروتکل اترنت نشان داده شده است، که برای آن، هنگام انتقال فریم هایی با حداقل طول، نرخ انتقال 14880 فریم در ثانیه و پهنای باند 5.48 مگابیت بر ثانیه و در هنگام انتقال 8 فریم با طول حداکثر 29 فریم به دست می آید. 74 مگابایت بر ثانیه

با تغییر به فریم هایی با حداقل طول، توان عملیاتی تقریباً به نصف کاهش می یابد، و این بدون در نظر گرفتن زمان تلف شده در فریم های پردازش توسط سوئیچ است.

تأخیر ارسال فریم به عنوان زمان سپری شده از لحظه رسیدن اولین بایت فریم به پورت ورودی سوئیچ تا لحظه ای که این بایت به درگاه خروجی سوئیچ می رسد اندازه گیری می شود.

تأخیر، مجموع زمان صرف شده برای بافر کردن بایت های فریم، و همچنین زمان صرف شده برای پردازش فریم توسط سوئیچ - جستجوی جدول آدرس، تصمیم گیری در مورد فیلتر یا فوروارد کردن، و دسترسی به رسانه پورت خروجی است. میزان تاخیر وارد شده توسط سوئیچ به حالت عملکرد آن بستگی دارد. اگر سوئیچینگ "در حال پرواز" انجام شود، تاخیرها معمولاً کوچک هستند و از 10 میکروثانیه تا 40 میکرو ثانیه و با بافر کامل فریم - از 50 میکرو ثانیه تا 200 میکرو ثانیه (برای فریم‌هایی با حداقل طول) متغیر هستند. سوئیچ یک دستگاه چند پورت است، بنابراین مرسوم است که تمام ویژگی های فوق (به جز تاخیر انتقال فریم) را در دو نسخه ارائه می دهد:

• - گزینه اول - عملکرد کل سوئیچ با انتقال همزمان ترافیک از طریق تمام پورت های آن.
• - گزینه دوم عملکرد هر یک پورت است.

از آنجایی که وقتی ترافیک به طور همزمان توسط چندین پورت منتقل می شود، تعداد زیادی گزینه ترافیکی وجود دارد که در اندازه فریم ها در جریان، توزیع میانگین شدت جریان های فریم بین پورت های مقصد، ضرایب تغییرات در شدت جریان های فریم و غیره و غیره متفاوت است.

سپس، هنگام مقایسه سوئیچ ها از نظر عملکرد، باید در نظر گرفت که داده های عملکرد منتشر شده برای کدام نوع ترافیک به دست آمده است. برخی از آزمایشگاه هایی که به طور معمول تجهیزات ارتباطی را آزمایش می کنند توسعه یافته اند توضیحات مفصلشرایط برای تست سوئیچ ها و استفاده از آنها در عمل خود، با این حال، این تست ها هنوز صنعتی عمومی نشده اند. در حالت ایده‌آل، یک سوئیچ نصب شده در یک شبکه، فریم‌ها را بین گره‌های متصل به پورت‌های خود با سرعتی که گره‌ها این فریم‌ها را تولید می‌کنند، بدون ایجاد تاخیر اضافی و بدون از دست دادن یک فریم، ارسال می‌کند.

در عمل واقعی، سوئیچ همیشه تاخیرهایی را در ارسال فریم ها ایجاد می کند و همچنین ممکن است برخی از فریم ها را از دست بدهد، یعنی آنها را به مقصد برساند. به دلیل تفاوت در سازمان داخلی مدل های مختلفپیش بینی اینکه چگونه یک سوئیچ خاص فریم های یک الگوی ترافیکی خاص را منتقل می کند دشوار است. بهترین معیارهنگامی که سوئیچ در آن قرار می گیرد، هنوز تمرین وجود دارد شبکه واقعیو تأخیرهایی که ایجاد می کند و تعداد فریم های از دست رفته اندازه گیری می شود. عملکرد کلی سوئیچ کافی است عملکرد بالاهر یک از عناصر جداگانه آن - پردازنده پورت، ماتریس سوئیچینگ، ماژول های اتصال اتوبوس مشترک و غیره.

صرف نظر از سازماندهی داخلی سوئیچ و نحوه اجرای عملیات آن، می توان الزامات عملکرد نسبتاً ساده ای را برای عناصر آن تعیین کرد که برای پشتیبانی از یک ماتریس ترافیک معین ضروری است. از آنجایی که سازندگان سوئیچ سعی می‌کنند دستگاه‌های خود را تا حد امکان سریع بسازند، عملکرد کلی داخلی سوئیچ اغلب با مقداری از حاشیه فراتر می‌رود. شدت متوسطهر نوع ترافیکی که می تواند به پورت های سوئیچ مطابق با پروتکل های آنها هدایت شود.

این نوع سوئیچ ها غیر مسدود کننده نامیده می شوند، یعنی هر نوع ترافیکی بدون کاهش شدت آن منتقل می شود. علاوه بر پهنای باند عناصر منفردسوئیچ، مانند پردازنده‌های پورت یا گذرگاه مشترک، عملکرد سوئیچ تحت تأثیر پارامترهای سوئیچ مانند اندازه جدول آدرس، اندازه بافر مشترک یا بافرهای تک پورت قرار می‌گیرد.

اندازه جدول آدرس بر حداکثر ظرفیت جدول آدرس تأثیر می گذارد و حداکثر تعداد آدرس های MAC را تعیین می کند که سوئیچ می تواند همزمان با آنها کار کند.

از آنجایی که سوئیچ ها اغلب از یک واحد پردازنده اختصاصی با حافظه خاص خود برای ذخیره نمونه ای از جدول آدرس برای انجام عملیات هر پورت استفاده می کنند، اندازه جدول آدرس سوئیچ ها معمولاً در هر پورت داده می شود.

نمونه‌های جدول آدرس ماژول‌های مختلف پردازنده لزوماً حاوی اطلاعات آدرس یکسانی نیستند - به احتمال زیاد آدرس‌های تکراری زیادی وجود نخواهد داشت، مگر اینکه توزیع ترافیک هر پورت بین پورت‌های دیگر کاملاً یکسان باشد. هر پورت فقط مجموعه ای از آدرس هایی را که در آن استفاده می کند ذخیره می کند اخیرا. مقدار حداکثر تعداد آدرس های MAC که پردازنده پورت می تواند به خاطر بسپارد به کاربرد سوئیچ بستگی دارد. سوئیچ های گروه کاری معمولاً فقط از چند آدرس در هر پورت پشتیبانی می کنند، زیرا برای تشکیل ریز سگمنت ها طراحی شده اند. سوئیچ های دپارتمان باید چندین صد آدرس را پشتیبانی کنند و سوئیچ های ستون فقرات شبکه تا چندین هزار، معمولاً 4000 تا 8000 آدرس را پشتیبانی می کنند. ظرفیت ناکافی جدول آدرس می تواند سوئیچ را کند کند و شبکه را پر از ترافیک اضافی کند. اگر جدول آدرس پردازنده پورت پر باشد و برخورد کند آدرس جدیدمنبع در بسته ورودی است، سپس باید آدرس قدیمی را از جدول حذف کند و آدرس جدیدی را به جای آن قرار دهد. این عملیات به خودی خود مدتی از پردازنده طول می کشد، اما از دست دادن عملکرد اصلی زمانی مشاهده می شود که یک فریم با آدرس مقصدی که باید از جدول آدرس حذف می شد وارد شود.

از آنجایی که آدرس مقصد فریم ناشناخته است، سوئیچ باید فریم را به همه پورت های دیگر ارسال کند. این عملیات برای بسیاری از پردازنده‌های پورت کار غیر ضروری ایجاد می‌کند، علاوه بر این، کپی‌هایی از این فریم نیز در آن بخش‌های شبکه که کاملاً اختیاری هستند قرار می‌گیرد. برخی از سازندگان سوئیچ این مشکل را با تغییر الگوریتم مدیریت فریم هایی با آدرس مقصد ناشناخته حل می کنند. یکی از پورت های سوئیچ به عنوان پورت ترانک پیکربندی شده است که تمامی فریم های با آدرس ناشناخته به طور پیش فرض به آن ارسال می شوند.

حافظه بافر داخلی سوئیچ برای ذخیره موقت فریم های داده در مواردی که نمی توان فوراً به پورت خروجی منتقل شد، مورد نیاز است. بافر برای صاف کردن موج های کوتاه مدت ترافیک طراحی شده است.

به هر حال، حتی اگر ترافیک به خوبی متعادل باشد و عملکرد پردازنده‌های پورت و همچنین سایر عناصر پردازش سوئیچ برای انتقال مقادیر متوسط ​​ترافیک کافی باشد، این تضمین نمی‌کند که عملکرد آنها برای مقادیر بار اوج بسیار بالا کافی باشد. به عنوان مثال، ترافیک می تواند به طور همزمان به تمام ورودی های سوئیچ برای چندین ده میلی ثانیه برسد و از انتقال فریم های دریافتی به پورت های خروجی جلوگیری کند. برای جلوگیری از تلفات فریم زمانی که میانگین شدت ترافیک برای مدت کوتاهی از میانگین فراتر می رود (و برای شبکه های محلی، مقادیر امواج ترافیکی در محدوده 50-100 اغلب یافت می شود)، تنها راه حل، یک بافر بزرگ است. همانطور که در مورد جدول آدرس، هر ماژول پردازنده پورت معمولاً حافظه بافر مخصوص به خود را برای ذخیره فریم ها دارد. هرچه مقدار این حافظه بیشتر باشد، احتمال از دست دادن فریم ها در هنگام شلوغی کمتر است، اگرچه اگر میانگین ترافیک نامتعادل باشد، بافر همچنان دیر یا زود سرریز خواهد شد.

به طور معمول، سوئیچ هایی که برای کار در بخش های حیاتی شبکه طراحی شده اند، دارای حافظه بافر چند ده یا صدها کیلوبایت در هر پورت هستند.

خوب است که این حافظه بافر را می توان مجدداً بین چندین پورت تخصیص داد، زیرا اضافه بار همزمان در چندین پورت بعید است. یک ویژگی امنیتی اضافی می تواند یک بافر مشترک برای همه پورت ها در ماژول مدیریت سوئیچ باشد. اندازه چنین بافری معمولاً چندین مگابایت است.

به نظر می رسد که چه چیزی می تواند آسان تر از ترکیب کامپیوترها باشد شبکه های اطلاعاتی? اما همه چیز به این سادگی نیست: برای عملکرد آنها، لازم است که تجهیزات زیادی کار کنند. او بسیار متنوع است. در این مقاله نمایندگان سطح دوم مورد بررسی قرار خواهند گرفت. پس سوئیچ چیست؟ چرا مورد نیاز است و چگونه کار می کند؟

چرا نیاز است؟ سوئیچ شبکه دستگاهی است که برای اتصال چندین گره در یک شبکه کامپیوتری استفاده می شود. در لایه پیوند داده کار می کند. فناوری سوئیچ با استفاده از اصل پل توسعه یافته است. از ویژگی های این دستگاه این است که داده ها را به طور انحصاری برای گیرنده ارسال می کند. این امر بر عملکرد شبکه و امنیت آن تأثیر مثبت دارد زیرا در این صورت داده ها نمی توانند به دست افراد نادرست بیفتند.

هزینه سوئیچ چقدر است؟ قیمت ارزان ترین 800 روبل است، گران ترین - 24000.

اصل عملیات

این دستگاه به اصطلاح حافظه انجمنیجایی که میز سوئیچینگ ذخیره می شود. این نشان دهنده مطابقت گره کامپیوتر با یک پورت خاص است. چه زمانی سوئیچ شبکهفقط روشن می شود، میز خالی است. خود دستگاه در این مورد فقط در حالت آموزش کار می کند. بنابراین، اگر مقداری از داده ها را به آن منتقل کنید، آن ها را یکی یکی به تمام پورت های خود منتقل می کند. در طی این فرآیند اطلاعات دریافتی مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد و آدرس فرستنده در جدول وارد می شود. و اگر داده هایی دریافت شود که باید به یک کاربر از قبل شناسایی شده منتقل شود، همه چیز از طریق پورت مشخص شده قبلی می آید. با گذشت زمان، سوئیچ شبکه یک جدول ایجاد می کند که حاوی اطلاعات مربوط به تمام آدرس های فعال است. همچنین لازم به ذکر است که این دستگاه با تاخیر کم و سرعت بالاارسال اطلاعات به هر پورت

تغییر حالت ها

سوئیچ چیست، شما از قبل می دانید. اما آیا آنها بر اساس یک اصل کار می کنند یا چندین رویکرد برای اجرای آنها وجود دارد؟ واضح است که چنین مکانیزم پیچیده ای می تواند چندین حالت عملکرد خاص داشته باشد. در مجموع سه مورد از آنها وجود دارد. هر یک از آنها ترکیبی از دو پارامتر است: قابلیت اطمینان انتقال داده و تأخیر.

1. با ذخیره سازی میانی دستگاه تمام اطلاعات موجود در بسته را می خواند. سپس برای خطا بررسی می شود، پورت سوئیچینگ انتخاب می شود و تنها پس از آن داده ها منتقل می شود.
2. از طریق. سوئیچ فقط آدرسی را می خواند که داده ها باید در آن ارسال شوند و سپس بلافاصله آنها را تغییر می دهد. این خیلی حالت سریعانتقال، اما یک نقطه ضعف قابل توجه این است که ممکن است بسته ای ارسال شود که دارای خطا باشد.
3. ترکیبی. در این حالت، تنها 64 بایت اول بسته داده برای خطا تجزیه و تحلیل می شود. اگر آنها اینجا نباشند، داده ها ارسال می شوند.

سوئیچینگ نامتقارن و متقارن

شما قبلاً می دانید سوئیچ چیست و چه عملکردی را انجام می دهد. بیایید در مورد انتقال داده صحبت کنیم. تقارن سوئیچینگ برای مشخص کردن خود دستگاه از نظر پهنای باند، قابلیت های آن برای هر پورت دستگاه ضروری است. هنگامی که همه پورت ها می توانند 100 مگابیت بر ثانیه یا 10 مگابیت بر ثانیه ارسال کنند، عرض یکنواخت را فراهم می کند.

در صورتی که پورت ها دارای پهنای باند متفاوت باشند، یک سوئیچ نامتقارن می تواند یک اتصال را ایجاد کند. بنابراین او با آرامش داده هایی را که با سرعت 10، 100 و 1000 مگابیت بر ثانیه می آیند پردازش می کند. سوئیچینگ نامتقارن را می توان در حضور جریان های بزرگ داده شبکه، که بر اساس اصل "مشتری-سرور" مرتب شده اند، استفاده کرد. برای ارسال داده ها از یک پورت با آرایه ای بزرگتر از اطلاعات به پورت کوچکتر، از بافر حافظه استفاده می شود. لازم است تا خطر سرریز و بر این اساس از بین رفتن داده ها وجود نداشته باشد. همچنین، سوئیچ‌های نامتقارن برای حفظ عملکرد اتصالات عرضی عمودی و کانال‌ها بین بخش‌های ستون فقرات فردی ضروری هستند.

نتیجه

توسعه ثابت نمی ماند و در حال حاضر در زمان نگارش این مقاله، سوئیچ هایی در نظر گرفته شده است دستگاه های قدیمی. البته، هنوز هم می‌توان از جنبه‌ی فنی صرفاً از آن‌ها استفاده کرد، اما اکنون، زمانی که روترهایی وجود دارند که عملکرد خود را جذب کرده‌اند و علاوه بر این می‌توانند انتقال داده را بر روی شبکه بی سیم، سوئیچ ها نسبتاً کم رنگ به نظر می رسند.