Коммутатор

15 марта 2011 г.

Сетевой коммутатор (часто употребляют жаргонные варианты свитч или свич от английского слова  «switch»  — переключатель) представляет собой устройство для соединения нескольких узлов в пределах одного или нескольких сегментов компьютерной сети. Коммутатор, благодаря передаче данных четко определенному получателю,  избавляет остальные сегменты сети от необходимости обрабатывать не предназначенные им данные. Таким образом, повышается безопасность и производительность сети.

Работа коммутатора происходит на втором (канальном) уровне OSI модели, то есть связь устанавливается обычно только между узлами одной сети, используя MAC-адреса. В основу функционирования коммутаторов были положены мостовые технологии, поэтому их можно классифицировать как многопортовые мосты..

Коммутатор формирует и хранит в так называемой ассоциативной памяти таблицу коммутации, где записана информация о  соответствии каждому порту коммутатора MAC-адреса определенного  узла. Сначала в момент подачи электропитания на коммутатор начинается режим обучения, при этом таблица коммутации пуста. Поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. Далее коммутатор проводит анализ кадров (фреймов), определяет MAC-адрес хоста-отправителя и заносит его в таблицу. При последующей работе, когда на один из портов поступает кадр для хоста, MAC-адрес которого уже занесен в таблицу, этот кадр передается только через порт, который указан в таблице. В случае когда MAC-адрес хоста-получателя не привязан к какому-либо порту (нет записи в таблице), кадр отправляется на все порты коммутатора. В процессе работы  для всех своих портов коммутатор построит полную таблицу коммутации, в результате чего трафик локализуется, что обеспечивает высокую скорость передачи по каждому порту.

Различают три вида коммутации. Для каждого из них характерны свои параметры -  время ожидания и надёжность передачи.

- Сквозная коммутация (cut-through). Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок.
 - Коммутация с промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор выполняет чтение всей информации в кадре, проверяет его на наличие ошибок, делает выбор порта коммутации и только после этого посылает в него кадр.
- Бесфрагментная (или гибридная) коммутация (fragment-free) является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (кадр, имеющий размер 64 байта, коммутатор обрабатывает по технологии store-and-forward, все остальные кадры - по технологии cut-through).

Время задержки, возникающее в процессе «принятия коммутатором решения», добавляется ко времени, которое кадр затрачивает для входа на и выхода с порта коммутатора – эта сумма и определяет общее время задержки коммутатора.

По свойствам симметричности коммутации коммутаторы подразделяют на симметричные и асимметричные. Первые поддерживают соединение между портами с одинаковой шириной полосы пропускания, вторые используют для комбинирования портов с различной скоростью (например, 100 Мбит/с и 1000 Мбит/с или 10 Мбит/с и 100 Мбит/с). Асимметричная коммутация применяется при наличии значительных сетевых потоков типа клиент-сервер. В таких случаях обычно требуется большая полоса пропускания для порта, который использует сервер, чтобы избежать на нем переполнения. .Асимметричный коммутатор как правило имеет буфер памяти и часто используется также для обеспечения большей ширины полосы пропускания каналов между коммутаторами, реализующих вертикальное кросс-соединение.

Для временного хранения пакетов перед последующей отправкой коммутатор обычно использует буферизацию. Она также применяется в случае, когда адрес назначения временно занят. Буфер - это область памяти, где коммутатор временно хранит передаваемые данные. Для хранения данных в буфере памяти используется один из двух методов. Первый с буферизацией по портам , второй – с буферизацией в общей памяти. При буферизации по портам пакеты сохраняются в очередях, связаных с определенными входными портами. Пакет буде передан на выходной порт только тогда, когда все пакеты, находящиеся перед ним в очереди, будут успешно переданы. При этом возможна ситуация, когда один пакет задержит всю очередь из-за занятости  пункта своего назначения. Эта задержка может происходить даже в том случае, когда остальные пакеты могут быть переданы на открытые порты их пунктов назначения.

При буферизации в общей памяти все пакеты хранятся в общем буфере памяти, который используется всеми портами коммутатора. Количество памяти  для одного порта определяется необходимым для его корректной работы количеством. Этот метод получил название динамическое распределение буферной памяти. ОН позволяет получить пакет на одном порте и отправить его с другого порта, не устанавливая его в очередь.

Коммутатор поддерживает карту портов, в которые требуется отправить пакеты. Очистка этой карты происходит сразу после успешной отправки пакета.

Поскольку память буфера является общей, размер пакета ограничивается всем размером буфера, а не долей, предназначенной для конкретного порта. Это означает, что крупные пакеты могут быть переданы с меньшими потерями, что особенно важно при асимметричной коммутации, то есть когда порт с шириной полосы пропускания 100 Мб/с должен отправлять пакеты на порт 10 Мб/с.

По сервисному функционалу коммутаторы подразделяют на неуправляемые и управляемые. Некоторые сложные коммутаторы могут управлять коммутацией трафика на третьем (сетевом) уровне модели OSI. Их называют соответственно коммутаторы третьего уровня (Layer 3 Switch или  сокращенно L3). Управление коммутатором реализуется с использованием различных протоколов (Web-интерфейса, SNMP, RMON от Cisco, т.п.). Большинство управляемых коммутаторов способны выполнять дополнительные функции, такие как агрегировании, QoS, зеркалирование, VLAN. С использованием сложных коммутаторов можно реализовать стекирование – объединение в одно логическое устройство нескольких однотипных коммутаторов. Так достигают значительного увеличения портов и как следствие большей пропускной способности.

Представленные в нашем магазине сетевый коммутаторы вы можете посмотреть здесь.


Перейти в раздел «Основы технологий»