Сравнение коммутаторов. Расчеты трафика. Скорость фильтрации и скорость продвижения кадров

производительность , являются:

скорость фильтрации кадров;
скорость продвижения кадров;
пропускная способность;
задержка передачи кадра.

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

тип коммутации;
размер буфера (буферов) кадров;
производительность коммутирующей матрицы;
производительность процессора или процессоров;
размер таблицы коммутации .

Скорость фильтрации и скорость продвижения кадров

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

Скорость фильтрации (filtering)

прием кадра в свой буфер;
отбрасывание кадра, в случае обнаружения в нем ошибки (не совпадает контрольная сумма, или кадр меньше 64 байт или больше 1518 байт);
отбрасывание кадра для исключения петель в сети;
отбрасывание кадра в соответствии с настроенными на порте фильтрами;
просмотр таблицы коммутации с целью поиска порта назначения на основе МАС-адреса приемника кадра и отбрасывание кадра, если узел-отправитель и получатель кадра подключены к одному порту.

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

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

прием кадра в свой буфер;
просмотр таблицы коммутации с целью нахождения порта назначения на основе МАС-адреса получателя кадра;
передача кадра в сеть через найденный по таблице коммутации порт назначения.

Как скорость фильтрации, так и скорость продвижения измеряется обычно в кадрах в секунду. Если в характеристиках коммутатора не уточняется, для какого протокола и для какого размера кадра приведены значения скоростей фильтрации и продвижения, то по умолчанию считается, что эти показатели даются для протокола Ethernet и кадров минимального размера, то есть кадров длиной 64 байт (без преамбулы) с полем данных в 46 байт. Применение в качестве основного показателя скорости обработки коммутатором кадров минимальной длины объясняется тем, что такие кадры всегда создают для коммутатора наиболее тяжелый режим работы по сравнению с кадрами другого формата при равной пропускной способности передаваемых пользовательских данных. Поэтому при проведении тестирования коммутатора режим передачи кадров минимальной длины используется как наиболее сложный тест, который должен проверить способность коммутатора работать при наихудшем сочетании параметров трафика.

Пропускная способность коммутатора (throughput) измеряется количеством пользовательских данных (в мегабитах или гигабитах в секунду), переданных в единицу времени через его порты. Так как коммутатор работает на канальном уровне, для него пользовательскими данными являются те данные, которые переносятся в поле данных кадров протоколов канального уровня - Ethernet, Fast Ethernet и т. д. Максимальное значение пропускной способности коммутатора всегда достигается на кадрах максимальной длины, так как при этом доля накладных расходов на служебную информацию кадра гораздо ниже, чем для кадров минимальной длины, а время выполнения коммутатором операций по обработке кадра, приходящееся на один байт пользовательской информации, существенно меньше. Поэтому коммутатор может быть блокирующим для кадров минимальной длины, но при этом иметь очень хорошие показатели пропускной способности.

Задержка передачи кадра (forward delay) измеряется как время, прошедшее с момента прихода первого байта кадра на входной порт коммутатора до момента появления этого байта на его выходном порту. Задержка складывается из времени, затрачиваемого на буферизацию байт кадра, а также времени, затрачиваемого на обработку кадра коммутатором, а именно на просмотр таблицы коммутации , принятие решения о продвижении и получение доступа к среде выходного порта.

Величина вносимой коммутатором задержки зависит от используемого в нем метода коммутации. Если коммутация осуществляется без буферизации, то задержки обычно невелики и составляют от 5 до 40 мкс , а при полной буферизации кадров - от 50 до 200 мкс (для кадров минимальной длины).

Размер таблицы коммутации

Максимальная емкость таблицы коммутации определяет предельное количество MAC-адресов, которыми может одновременно оперировать коммутатор. В таблице коммутации для каждого порта могут храниться как динамически изученные МАС-адреса, так и статические МАС-адреса, которые были созданы администратором сети.

Значение максимального числа МАС-адресов, которое может храниться в таблице коммутации , зависит от области применения коммутатора. Коммутаторы D-Link для рабочих групп и малых офисов обычно поддерживают таблицу МАС-адресов емкостью от 1К до 8К . Коммутаторы крупных рабочих групп поддерживают таблицу МАС-адресов емкостью от 8К до 16К , а коммутаторы магистралей сетей - как правило, от 16К до 64К адресов и более.

Недостаточная емкость таблицы коммутации может служить причиной замедления работы коммутатора и засорения сети избыточным трафиком. Если таблица коммутации полностью заполнена, и порт встречает новый МАС-адрес источника в поступившем кадре, коммутатор не сможет занести его в таблицу. В этом случае ответный кадр на этот МАС-адрес будет разослан через все порты (за исключением порта-источника), т.е. вызовет лавинную передачу.

Объем буфера кадров

Для обеспечения временного хранения кадров в тех случаях, когда их невозможно немедленно передать на выходной порт, коммутаторы, в зависимости от реализованной архитектуры, оснащаются буферами на входных, выходных портах или общим буфером для всех портов. Размер буфера влияет как на задержку передачи кадра, так и на скорость потери пакетов. Поэтому чем больше объем буферной памяти, тем менее вероятны потери кадров.

Обычно коммутаторы, предназначенные для работы в ответственных частях сети, обладают буферной памятью в несколько десятков или сотен килобайт на порт. Общий для всех портов буфер обычно имеет объем в несколько мегабайт.

Основные характеристики коммутаторов

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

Основными показателями коммутатора, характеризующими его производительность, являются:

скорость фильтрации кадров;
скорость продвижения кадров;
общая пропускная способность;
задержка передачи кадра.

Скорость фильтрации (filtering)

· прием кадра в свой буфер;

· просмотр адресной таблицы с целью выбора для кадра порта назначения;

· уничтожение кадра, так как его порт назначения и порт источника принадлежат одному логическому сегменту.

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

· прием кадра в свой буфер;

· просмотр адресной таблицы с целью нахождения порта для адреса назначения кадра;

· передача кадра в сеть через найденный по адресной таблице порт назначения.

Как скорость фильтрации, так и скорость продвижения измеряются обычно в кадрах в секунду. По умолчанию считается, что это кадры протокола Ethernet минимальной длины (64 байта без преамбулы). Такие кадры создают для коммутатора наиболее тяжелый режим работы.

Пропускная способность коммутатора изменяется количеством пользовательских данных (в мегабитах в секунду), переданных в единицу времени через его порты.

Максимальное значение пропускной способности коммутатора всегда достигается на кадрах максимальной длинны. Поэтому коммутатор может быть блокирующим для кадров минимальной длинны, но при этом иметь очень хорошие показатели пропускной способности.

Задержка передачи кадра измеряется как время, прошедшее с момента прихода первого байта кадра на входной порт коммутатора до момента появления этого байта на его выходном порту.

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

Коммутация «на лету» и с полной буферизацией

При коммутации «на лету» во входной буфер принимается часть кадра, содержащая адрес получателя, принимается решение о фильтрации или ретрансляции кадра в другой порт и, если выходной порт свободен, то сразу же начинается пересылка кадра, пока его остальная часть продолжает поступать во входной буфер. Если выходной порт занят, то кадр полностью буферизуется во входном буфере принимающего порта. К недостаткам этого метода относится то, что коммутатор пропускает на передачу ошибочные кадры, т.к., когда возможно проанализировать конец кадра, его начало уже будет передано в другую подсеть. А это ведет к потере полезного времени работы сети.

Полная буферизация принимаемых пакетов, естественно, вносит большую задержку в передачу данных, зато коммутатор имеет возможность полностью проанализировать и при необходимости преобразовать полученный пакет.

В таблице 6.1 перечислены возможности коммутаторов при работе в двух режимах.

Таблица.6.1 Сравнительная характеристика коммутаторов при работе в разных режимах

Технические параметры коммутаторов.

К основным техническим параметрам, которыми можно оценить коммутатор, построенный с использованием любой архитектуры, является скорость фильтрации (filtering) и скорость продвижения (forwarding).

Скорость фильтрации определяет количество кадров в секунду, с которыми коммутатор успевает проделать следующие операции:

прием кадра в свой буфер;
нахождения порта для адреса назначения кадра в адресной таблице;
уничтожение кадра (порт назначения совпадает с портом-источником).

Скорость продвижения, по аналогии с предыдущим пунктом, определяет количество кадров в секунду, которые могут быть обработаны по следующему алгоритму:

прием кадра в свой буфер,
нахождения порта для адреса назначения кадра;
передача кадра в сеть через найденный (по адресной таблице соответствия) порт назначения.

По умолчанию считается, что эти показатели измеряются на протоколе Ethernet для кадров минимального размера (длиной 64 байта). Так как основное время занимает анализ заголовка, то чем короче передаваемые кадры, тем более серьезную нагрузку они создают на процессор и шину коммутатора.

Следующими по значимости техническими параметрами коммутатора будут:

пропускная способность (throughput);
задержка передачи кадра.
размер внутренней адресной таблицы.
размер буфера (буферов) кадров;
производительность коммутатора;

Пропускная способность измеряется количеством данных, переданных через порты в единицу времени. Естественно, что чем больше длина кадра (больше данных прикреплено к одному заголовку), тем больше должна быть пропускная способность. Так, при типичной для таких устройств "паспортной" скорости продвижения в 14880 кадров в секунду, пропускная способность составит 5.48 Мб/с на пакетах по 64 байта, и ограничение скорости передачи данных будет наложено коммутатором.

В то же время, при передаче кадров максимальной длины (1500 байт), скорость продвижения составит 812 кадров в секунду, а пропускная способность - 9,74 Мб/c. Фактически, ограничение на передачу данных будет определяться скоростью протокола Ethernet.

Задержка передачи кадра означает время, прошедшее с момента начала записи кадра в буфер входного порта коммутатора, до появления на его выходном порту. Можно сказать, что это время продвижения единичного кадра (буферизация, просмотр таблицы, принятие решения о фильтрации или продвижении, и получение доступа к среде выходного порта).

Величина задержки очень сильно зависит от способа продвижения кадров. Если применяется метод коммутации "на лету", то задержки невелики и составляют от 10 мкс до 40 мкс, в то время как при полной буферизации - от 50 мкс до 200 мкс (в зависимости от длины кадров).

В случае большой загруженности коммутатора (или даже одного из его портов), получается, что даже при коммутации "на лету" большая часть входящих кадров вынужденно буферизируется. Поэтому, наиболее сложные и дорогие модели имеют возможность автоматической смены механизма работы коммутатора (адаптацию) в зависимости от нагрузки и характера трафика.

Размер адресной таблицы (САМ-таблицы) . Определяет максимальное количество MAC-адресов, которые содержатся в таблице соответствия портов и МАС-адресов. В технической документации обычно приводится на один порт, как число адресов, но иногда бывает, что указывается размер памяти под таблицу в килобайтах (одна запись занимает не менее 8 кб, и "подменить" число весьма выгодно недобросовестному производителю).

Для каждого порта САМ-таблица соответствия может быть разной, и при ее переполнении наиболее старая запись стирается, а новая - заносится в таблицу. Поэтому при превышении количества адресов сеть может продолжить работу, но при этом сильно замедлиться работа самого коммутатора, а подключенные к нему сегменты будут загружены избыточным трафиком.

Раньше встречались модели (например, 3com SuperStack II 1000 Desktop), в которых размер таблицы позволял хранить один или несколько адресов, из-за чего приходилось относиться очень внимательно к дизайну сети. Однако, сейчас даже самые дешевые настольные коммутаторы имеют таблицу из 2-3К адресов (а магистральные еще больше), и этот параметр перестал быть узким местом технологии.

Объем буфера. Он необходим коммутатору для временного хранения кадров данных в тех случаях, когда нет возможности сразу их передать на порт назначения. Понятно, что трафик неравномерен, всегда есть пульсации, которые нужно сглаживать. И чем больше объем буфера, тем большую нагрузку он может "принять на себя".

Простые модели коммутаторов имеют буферную память в несколько сотен килобайт на порт, в более дорогих моделях это значение достигает нескольких мегабайт.

Производительность коммутаторов . Прежде всего, надо отметить, что коммутатор - сложное многопортовое устройство, и просто так, по каждому параметру в отдельности, нельзя оценить его пригодность к решению поставленной задачи. Существует большое количество вариантов трафика, с разной интенсивностью, размерами кадров, распределением по портам, и т.п. Общей методики оценки (эталонного трафика) до сих пор нет, и используются разнообразные "корпоративные тесты". Они достаточно сложны, и в данной книге придется ограничиться только общими рекомендациями.

Идеальный коммутатор должен передавать кадры между портами с той же самой скоростью, с которой их генерируют подключенный узлы, без потерь, и не вносить дополнительных задержек. Для этого внутренние элементы коммутатора (процессоры портов, межмодульная шина, центральный процессор и т.п.) должны справляться с обработкой поступающего трафика.

В то же время, на практике есть много вполне объективных ограничений на возможности свитчей. Классический случай, когда несколько узлов сети интенсивно взаимодействуют с одним сервером, неизбежно вызовет уменьшение реальной производительности из-за фиксированной скорости протокола.

На сегодня производители вполне освоили производство коммутаторов (10/100baseT), даже очень дешевые модели имеют достаточную пропускную способность, и достаточно быстрые процессоры. Проблемы начинаются, когда нужно применять более сложные методы ограничений скорости подключенных узлов (обратного давления), фильтрации, и других протоколов, рассмотренных ниже.

В заключение, нужно сказать, что лучшим критерием по-прежнему остается практика, когда коммутатор показывает свои возможности в реальной сети.

Дополнительные возможности коммутаторов.

Как уже говорилось выше, современные коммутаторы имеют настолько много возможностей, что обычная коммутация (казавшаяся технологическим чудом десять лет назад) уходит на второй план. Действительно, быстро, и относительно качественно, коммутировать кадры умеют модели стоимостью от $50 до $5000. Различие идет именно по дополнительным возможностям.

Понятно, что наибольшее количество дополнительных возможностей имеют управляемые коммутаторы. Далее в описании будут специально выделены опции, которые обычно нельзя корректно реализовать на настраиваемых коммутаторах.

Соединение коммутаторов в стек. Эта дополнительная опция одна из наиболее простых, и широко используемых в больших сетях. Ее смысл - соединить несколько устройств скоростной общей шиной для повышения производительности узла связи. При этом иногда могут быть использованы опции единого управления, мониторинга и диагностики.

Надо заметить, что не все вендоры используют технологию соединения коммутаторов при помощи специальных портов (стекирование). В этой области все большее распространение получают линии Gigabit Ethernet, или при помощи группировки нескольких (до 8) портов в один канал связи.

Протокол покрывающего дерева (Spanning Tree Protocol, STP) . Для простых ЛВС соблюдать в процессе эксплуатации правильную топологию Ethernet (иерархическая звезда) не сложно. Но при большой инфраструктуре это становится серьезной проблемой - неправильная кроссировка (замыкание сегмента в кольцо) может привести к остановке функционирования всей сети или ее части. Причем найти место аварии может быть совсем не просто.

С другой стороны, подобные избыточные связи часто удобны (многие транспортные сети передачи данных построены именно по кольцевой архитектуре), и могут сильно повысить надежность - при наличии корректного механизма обработки петель.

Для решения этой задачи используется Spanning Tree Protocol (STP), при котором коммутаторы автоматически создают активную древовидную конфигурацию связей, находя ее с помощью обмена служебными пакетами (Bridge Protocol Data Unit, BPDU), которые помещаются в поле данных кадра Ethernet. В результате, порты, на которых замыкаются петли, блокируются, но могут быть автоматически включены в случае разрыва основного канала.

Таким образом, технология STA обеспечивает поддержку резервных связей в сети сложной топологии, и возможность ее автоматическую изменения без участия администратора. Такая возможность более чем полезна в больших (или распределенных) сетях, но в силу своей сложности редко используется в настраиваемых коммутаторах.

Способы управления входящим потоком. Как уже отмечалось выше, при неравномерной загрузке коммутатора он просто физически не сможет пропустить через себя поток данных на полной скорости. Но просто отбрасывать лишние кадры по понятным причинам (например разрыв TCP сессий) крайне не желательно. Поэтому приходится использовать механизм ограничения интенсивности передаваемого узлом трафика.

Возможно два способа - агрессивный захват среды передачи (например, коммутатор может не соблюдать стандартные временные интервалы). Но этот способ годится только для "общей" среды передачи, редко используемой в коммутируемом Ethernet. Этим же недостатком обладает метод обратного давления (backpressure), при котором узлу передаются фиктивные кадры.

Поэтому на практике востребована технология Advanced Flow Control (описанна в стандарте IEEE 802.3х), смысл которой в передаче коммутатором узлу специальных кадров "пауза".

Фильтрация трафика. Часто бывает очень полезно задавать на портах коммутатора дополнительных условий фильтрации кадров входящих или исходящих кадров. Таким образом можно ограничивать доступ определенных групп пользователей к определенным сервисам сети, используя МАС-адрес, или тэг виртуальной сети.

Как правило, условия фильтрации записываются в виде булевских выражений, формируемых с помощью логических операций AND и OR.

Сложная фильтрация требует от коммутатора дополнительной вычислительной мощности, и при ее нехватке может существенно снизить производительность устройства.

Возможность фильтрации очень важна для сетей, в которых конечными пользователями выступают "коммерческие" абоненты, поведение которых невозможно регулировать административными мерами. Так как они могут предпринимать несанкционированные деструктивные действия (например, подделывать IP или MAC адрес своего компютера), желательно предоставить для этого минимум возможностей.

Коммутация третьего уровня (Layer 3). Из-за быстрого роста скоростей, и широкого применения коммутаторов, на сегодня образовался видимый разрыв между возможностями коммутации и классической маршрутизацией при помощи универсальных компьютеров. Наиболее логично в этой ситуации дать управляемому коммутатору возможность анализировать кадры на третьем уровне (по 7-ми уровневой модели OSI). Такая упрощенная маршрутизация дает возможность значительно поднять скорость, более гибко управлять трафиком большой ЛВС.

Однако в транспортных сетях передачи данных применение коммутаторов пока очень ограничено, хотя тенденция к стиранию их отличий от маршрутизаторов по возможностям прослеживается достаточно явно.

Управление и возможности мониторинга. Обширные дополнительные возможности подразумевают развитые и удобные средства управления. Ранее простые устройства могли управляться несколькими кнопками через небольшой цифровой индикатор, или через консольный порт. Но это уже в прошлом - последнее время выпускаются коммутаторы с управлением через обычный порт 10/100baseT при помощи Telnet"а, Веб-браузера, или по протоколу SNMP. Если первые два способа по большому счету являются лишь удобным продолжением обычных стартовых настроек, то SNMP позволяет использовать коммутатор как поистине универсальный инструмент.

Для Etherenet интересны только его расширения - RMON и SMON. Ниже описан RMON-I, кроме него существует RMON-II (затрагивающий более высокие уровни OSI). Более того, в свитчах "среднего уровня" как правило, реализованы только группы RMON 1-4 и 9.

Принцип работы следующий: RMON-агенты на свитчах шлют информацию на центральный сервер, где специальное программное обеспечение (например, HP OpenView) обрабатывает информацию, представляя ее в удобном для администрирования виде.

Причем процессом можно управлять - удаленным изменением настроек привести работу сети в норму. Кроме мониторинга и управления, при помощи SNMP можно строить систему биллинга. Пока это выглядит несколько экзотично, но примеры реального использования данного механизма уже есть.

Стандарт RMON-I MIB описывает 9 групп объектов:

Statistics - текущие накопленные статистические данные о характеристиках кадров, количестве коллизий, ошибочных кадров (с детализацией по типам ошибок) и т.п.
History - статистические данные, сохраненные через определенные промежутки времени для последующего анализа тенденций их изменений.
Alarms - пороговые значения статистических показателей, при превышении которых агент RMON генерирует определенное событие. Реализация этой группы требует реализации группы Events - события.
Host - данные о хостах сети, обнаруженных в результате анализа MAC-адресов кадров, циркулирующих в сети.
Host TopN - таблица N хостов сети, имеющих наивысшие значения заданных статистических параметров.
Traffic Matrix - статистика о интенсивности трафика между каждой парой хостов сети, упорядоченная в виде матрицы.
Filter - условия фильтрации пакетов; пакеты, удовлетворяющие заданному условию, могут быть либо захвачены, либо могут генерировать события.
Packet Capture - группа пакетов, захваченных по заданным условиям фильтрации.
Event - условия регистрации событий и оповещения о событиях.

Более подробное рассмотрение возможностей SNMP потребует не меньшего объема, чем данная книга, поэтому будет целесообразно остановиться на этом, весьма общем описании этого сложного, но мощного инструмента.

Виртуальные сети (Virtual Local-Area Network, VLAN). Пожалуй, это наиболее важная (особенно для домашних сетей), и широко используемая возможность современных коммутаторов. Надо отметить, что существует несколько принципиально отличных способов построения виртуальных сетей с помощью коммутаторов. В связи с большим значением для Ethernet-провайдинга, ее развернутое описание технологии будет сделано в одной из следующих глав.

Краткий же смысл - средствами коммутаторов (2 уровня модели OSI) сделать несколько виртуальных (независимых друг от друга сетей) на одной физической ЛВС Ethernet, предоставив возможность центральному маршрутизатору управлять портами (или группами портов) на отдаленных коммутаторах. Что собственно и делает VLAN очень удобным средством для оказания услуг передачи данных (провайдинга).

- 42.52 Кб

230106

(шифр специальности)

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

Тема:

СГПЭК 230106.11.15.

Студент группы: ТО3А08, Корчагин А. Г.

Преподаватель: Чирочкин Е.И.

Дата защиты: _______________________ Оценка__________

Саранск

2011

Министерство образования и науки РФ

ФГОУ СПО «Саранский государственный промышленно-экономический колледж»

230106

(шифр специальности)

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

по дисциплине Компьютерные сети и телекоммуникации

студенту группы ТО3А08, Корчагин А. Г.

Тема: Коммутаторы: особенности и характеристики

Курсовая работа выполнена на 28 листах и включает следующие разделы:

Введение

1 Особенности сетевого коммутатора

2 Классификация современных коммутаторов

3 Характеристики коммутаторов

Заключение

Список использованных источников

Дата выдачи: ________________ Зав. отделением: ______________

Срок выполнения: ____________ Преподаватель: _______________

Введение………………………………………………………… ………………………...5

Особенности сетевого коммутатора………………………………………………… 10

Коммутатор и его роль в структуризации сети…………………………………10
Принцип работы……………………………………………………………… …..11

Классификация современных коммутаторов……………………………………….. 14

По способу продвижения кадров………………………………………………...14

На лету…………………………………………………………………… ....14
С промежуточным хранением……………………………………………..14

По алгоритму принципа работы………………………………………………….15

Прозрачные коммутаторы………………………………………………… 15

Коммутаторы, реализующие алгоритм маршрутизации от источника……………………………………………………… …………………….15

Коммутаторы, реализующие алгоритм покрывающего дерева…………16

По внутренней логической архитектуре………………………………………... 16

Коммутаторы с коммутационной матрицей……………………………...16
Коммутаторы с общей шиной……………………………………………..17
Коммутаторы с разделяемой памятью……………………………………18
Комбинированные коммутаторы………………………………………….19

По области применения…………………………………………………… ……..20

Коммутаторы с фиксированным числом портов…………………………20
Модульные коммутаторы………………………………………………… .20
Стековые коммутаторы………………………………………………… ….21

Технологии коммутаторов……………………………………………… ………..21

Коммутаторы Ethernet…………………………………………………….. .21
Коммутаторы Token Ring………………………………………………….22
Коммутаторы FDDI………………………………………………………...23

Характеристики коммутаторов……………………………………………… ………24

Пропускная способность………………………………………………… ………24
Задержка при передаче кадра…………………………………………………….24
Скорость продвижения кадров по сети………………………………………….25
Скорость фильтрации…………………………………………………… ………..25

Заключение…………………………………………………… ………………………….26

Список использованных источников…………………………………………………. ..27

Введение

При изменении ситуации в конце 80-х - начале 90-х годов - появлении быстрых протоколов, производительных персональных компьютеров, мультимедийной информации, разделении сети на большое количество сегментов - классические мосты перестали справляться с работой. Обслуживание потоков кадров между теперь уже несколькими портами с помощью одного процессорного блока требовало значительного повышения быстродействия процессора, а это довольно дорогостоящее решение. Более эффективным оказалось решение, которое и «породило» коммутаторы (Рис. 1): для обслуживания потока, поступающего на каждый порт, в устройство ставились отдельные специализированные процессоры на каждый из портов, которые реализовывали алгоритм моста.

Рисунок 1 Коммутатор

По сути, коммутатор - это мультипроцессорный мост, способный параллельно продвигать кадры сразу между всеми парами своих портов. Но если при добавлении процессорных блоков компьютер не перестали называть компьютером, а добавили только прилагательное «мультипроцессорный», то с мультипроцессорными мостами произошла метаморфоза - они превратились в коммутаторы. Этому способствовал способ связи между отдельными процессорами коммутатора - они связывались коммутационной матрицей, похожей на матрицы мультипроцессорных компьютеров, связывающие процессоры с блоками памяти. Постепенно коммутаторы вытеснили из локальных сетей классические однопроцессорные мосты. Основная причина этого - очень высокая производительность, с которой коммутаторы передают кадры между сегментами сети. Если мосты могли даже замедлять работу сети, когда их производительность оказывалась меньше интенсивности межсегментного потока кадров, то коммутаторы всегда выпускаются с процессорами портов, которые могут передавать кадры с той максимальной скоростью, на которую рассчитан протокол. Добавление к этому параллельной передачи кадров между портами сделало производительность коммутаторов на несколько порядков выше, чем мостов - коммутаторы могут передавать до нескольких миллионов кадров в секунду, в то время как мосты обычно обрабатывали 3-5 тысяч кадров в. секунду. Это и предопределило судьбу мостов и коммутаторов. Коллективное использование многими компьютерами общей кабельной системы приводит к существенному снижению производительности сети при интенсивном трафике. Общая среда перестает справляться с потоком передаваемых кадров и в сети возникает очередь компьютеров, ожидающих доступа. Эта проблема может быть решена путем логической структуризации сети с помощью коммутатора (Рис. 2). Под логической структуризацией сети понимается разбиение общей разделяемой среды на логические сегменты, с целью локализации трафика каждого отдельного сегмента сети. При этом отдельные сегменты сети соединяют такими устройствами, как коммутаторы. Сеть, разделенная на логические сегменты, обладает более высокой производительностью и надежностью. Преимущества разбиения общей разделяемой среды на логические сегменты:

Простота топологии сети, допускающая легкое наращивания числа узлов;

Отсутствие потерь кадров из-за переполнения буферов коммуникационных устройств, так как новый кадр не передается в сеть, пока не принят предыдущий - сама система разделения среды регулирует поток кадров и приостанавливает станции, слишком часто генерирующие кадры, заставляя их ждать доступа;

Простота протоколов, обеспечивающая низкую стоимость коммутационного оборудования.

Рисунок 2 Логическая структуризация сети с помощью коммутатора

Так как в сети имеются группы компьютеров, преимущественно обменивающиеся информацией между собой, деление сети на логические сегменты улучшает производительность сети - трафик локализуется в пределах групп, и нагрузка на их разделяемые кабельные системы существенно уменьшается.

Актуальность выбранной темы исследования определяется, во-первых, быстрым вхождением локальных сетей практически во все аспекты информационной деятельности. И сетевые устройства, которые повышают производительность сети, являются неотъемлемой частью локальных сетей. Организация локальных сетей с использованием сетевого оборудования стала нормой при проектировании крупных сетей. Эта норма вытеснила сети, построенные исключительно на основе сегментов кабеля, которыми пользуются для передачи информации компьютеры сети.

Во-вторых, за последние несколько лет (начиная с 2006 года) именно коммутаторы стали заметно теснить маршрутизаторы с прочно завоеванных позиций. Центральное место в сети здания занимали маршрутизаторы, а коммутаторам отводилось место на уровне сети этажа. К тому же, коммутаторов обычно было немного - их ставили только в очень загруженные сегменты сети или же для подключения сверхпроизводительных серверов. Коммутаторы стали вытеснять маршрутизаторы из центра сети на периферию где они использовались для соединения локальной сети с глобальной. Центральное место в сети здания занял модульный корпоративный коммутатор, который объединял на своей внутренней, очень производительной магистрали все сети этажей и отделов. Коммутаторы потеснили маршрутизаторы потому, что их показатель "цена/производительность", оказался гораздо ниже данного показателя относительно маршрутизатора. Естественно, тенденция повышения роли коммутаторов в локальных сетях не имеет абсолютного характера. И у маршрутизаторов по-прежнему имеются свои области применения, где их применение более рационально, чем коммутаторов. Маршрутизаторы остаются незаменимыми при подключении локальной сети к глобальной.

Цель работы – раскрыть сущность принципа работы коммутатора, его особенности и характеристики, а также рассмотреть область его применения.

Задачи исследовательской работы:

Раскрыть понятие коммутатора, сущность принципа работы, цель и роль его применения в работе локальных сетей;

Рассмотреть различные классификации и характеристики данного устройства;

Проанализировать актуальность и перспективы использования коммутаторов при организации локальных сетей.

Объектом исследования является коммутатор, как одно из наиболее перспективных сетевых устройств, используемых при организации локальных сетей.

Предметом исследования являются особенности и характеристики коммутаторов.

Структура работы .

В первой главе описаны особенности сетевого коммутатора, его понятие, роль в структуризации сети и принцип работы.

Во второй главе описана классификация современных коммутаторов:

По способу продвижения кадров;

По алгоритму принципа работы;

По внутренней логической архитектуре;

По области применения;

Технологии коммутаторов.

В третьей главе описаны характеристики коммутаторов.

1 Особенности сетевого коммутатора

В данной главе мы рассмотрим понятие коммутатора, цель его использования и принцип работы.

Коммутатор и его роль в структуризации сети

Коммутатор или свитч - устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. Коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались. Коммутатор может объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Коммутатор делит общую среду передачи данных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов (отрезков кабеля). Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту коммутатора (Рис. 3). При поступлении кадра на какой-либо из портов коммутатор повторяет этот кадр, только на том порту, к которому подключен сегмент. Коммутатор передает кадры параллельно. Содержание

Введение…………………………………………………………………………………...5
Особенности сетевого коммутатора…………………………………………………10
Коммутатор и его роль в структуризации сети…………………………………10
Принцип работы…………………………………………………………………..11
Классификация современных коммутаторов………………………………………..14
По способу продвижения кадров………………………………………………...14
На лету……………………………………………………………………....14
С промежуточным хранением……………………………………………..14
По алгоритму принципа работы………………………………………………….15
Прозрачные коммутаторы…………………………………………………15
Коммутаторы, реализующие алгоритм маршрутизации от источника…………………………………………………………………………….15
Коммутаторы, реализующие алгоритм покрывающего дерева…………16
По внутренней логической архитектуре………………………………………...16
Коммутаторы с коммутационной матрицей……………………………...16
Коммутаторы с общей шиной……………………………………………..17
Коммутаторы с разделяемой памятью……………………………………18
Комбинированные коммутаторы………………………………………….19
По области применения…………………………………………………………..20
Коммутаторы с фиксированным числом портов…………………………20
Модульные коммутаторы………………………………………………….20
Стековые коммутаторы…………………………………………………….21
Технологии коммутаторов………………………………………………………..21
Коммутаторы Ethernet……………………………………………………...21
Коммутаторы Token Ring………………………………………………….22
Коммутаторы FDDI………………………………………………………...23
Характеристики коммутаторов………………………………………………………24
Пропускная способность…………………………………………………………24
Задержка при передаче кадра…………………………………………………….24
Скорость продвижения кадров по сети………………………………………….25
Скорость фильтрации……………………………………………………………..25
Заключение……………………………………………………………………………….26
Список использованных источников…………………………………………………...27

Любой системный администратор рано или поздно сталкивается с задачей построения или модернизации локальной сети предприятия. К такому вопросу следует подходить очень серьезно и основательно, т.к. от этого зависит дальнейшая беззаботная работа.

Как выбрать коммутатор под свои задачи, чтобы потом не покупать новый?

Коммутатор или в простонародье свитч - это сетевое устройство, которое соединяет несколько компьютеров в одну единую локальную сеть. Современные свитчи обладают очень большим рядом функций, которые очень сильно могут облегчить дальнейшую работу админа. От правильного выбора свитчей зависит функционирование всей локальной сети и работа предприятия в целом.

При выборе сетевого оборудования начинающий системный администратор сталкивается с большим количеством непонятных обозначений и поддерживаемых протоколов. Данное руководство написано с целью восполнить этот пробел знаний у начинающих.

Вводная информация

Многие до сих пор не видят разницы между свичом и хабом. Понимая, что тема уже много раз обсуждалась, все же хотелось начать именно с нее.

Для свитчей это правило уже не актуально, т.к. современные свитчи даже начального уровня в ходе работы формируют таблицу коммутации, набирая список MAC-адресов, и согласно нее осуществляют пересылку данных. Каждый свитч, после непродолжительного времени работы, "знает" на каком порту находится каждый компьютер в сети.

При первом включении, таблица коммутации пуста и коммутатор начинает работать в режиме обучения. В режиме обучения работа свича идентична работе хаба: коммутатор, получая поступающие на один порт данные, пересылает их на все остальные порты. В это время коммутатор производит анализ всех проходящих портов и в итоге составляет таблицу коммутации.

Особенности, на которые следует обратить внимание при выборе коммутатора

Чтобы правильно сделать выбор при покупке коммутатора, нужно понимать все обозначения, которые указываются производителем. Покупая даже самое дешевое устройство, можно заметить большой список поддерживаемых стандартов и функций. Каждый производитель сетевого оборудования старается указать в характеристиках как можно больше функций, чтобы тем самым выделить свой продукт среди конкурентов и повысить конечную стоимость.

Распространенные функции коммутаторов:

Количество портов . Общее количество портов, к которым можно подключить различные сетевые устройства.
Количество портов лежит в диапазоне от 5 до 48.
Базовая скорость передачи данных . Это скорость, на которой работает каждый порт коммутатора. Обычно указывается несколько скоростей, к примеру, 10/100/1000 Мб/сек . Это говорит о том, что порт умеет работать на всех указанных скоростях. В большинстве случаев коммутатор поддерживает стандарт IEEE 802.3 Nway автоопределение скорости портов.
При выборе коммутатора следует учитывать характер работы подключенных к нему пользователей.
Внутренняя пропускная способность . Этот параметр сам по себе не играет большого значения. Чтобы правильно выбрать коммутатор, на него следует обращать внимание только в паре с суммарной максимальной скоростью всех портов коммутатора (это значение можно посчитать самостоятельно, умножив количество портов на базовую скорость порта). Соотнося эти два значения можно оценить производительность коммутатора в моменты пиковой нагрузки, когда все подключенные пользователи максимально используют возможности сетевого подключения.
К примеру, Вы используете 16-портовый коммутатор на скорости 100 Мб/сек, имеющий пропускную способность в 1Гб/сек. В моменты пиковой нагрузки 16 портов смогут передавать объем информации равный:
16x100=1б00(Мб/сек)=1.6(Гб/сек)
Полученное значение меньше пропускной способности самого коммутатора. Такой коммутатор подойдет в большинстве случаев небольшой организации, где на практике приведенную ситуацию можно встретить крайне редко, но не подойдет для организации, где передаются большие объемы информации.

Для правильного выбора коммутатора следует учитывать, что в действительности внутренняя пропускная способность не всегда соответствует значению, которое заявлено производителем.
Автосогласование между режимами Full-duplex или Half-duplex . В режиме Full-duplex данные передаются в двух направлениях одновременно. При режиме Half-duplex данные могут передаваться только в одну сторону одновременно. Функция автосогласования между режимами позволяет избежать проблем с использованием разных режимов на разных устройствах.
Автоопределение типа кабеля MDI/MDI-X . Это функция автоматически определят по какому стандарту был "обжат" кабель витая пара, позволяя работать этим 2 стандартам в одной ЛВС.

Стандарт MDI :

Стандарт MDI-X:

Наличие порта Uplink . Порт Uplink предназначен для каскадирования коммутаторов, т.е. объединение двух коммутаторов между собой. Для их соединения использовался перекрестный кабель (Crossover). Сейчас такие порты можно встретить только на старых коммутаторах или на специфическом оборудовании. Грубо говоря, в современных коммутаторах все порты работают как Uplink.
Стекирование . Под стекированием коммутаторов понимается объединение нескольких коммутаторов в одно логическое устройство. Стекирование целесообразно производить, когда в итоге требуется получить коммутатор с большим количеством портов (больше 48 портов). Различные производители коммутаторов используют свои фирменные технологии стекирования, к примеру, Cisco использует технологию стекирования StackWise (шина между коммутаторами 32 Гбит/сек) и StackWise Plus (шина между коммутаторами 64 Гбит/сек).
При выборе коммутатора следует отдавать предпочтение устройствам поддерживающим стекирование, т.к. в будущем эта функция может оказаться полезной.
Возможность установки в стойку . Это означает, что такой коммутатор можно установить в стойку или в коммутационный шкаф. Наибольшее распространение получили 19 дюймовые шкафы и стойки, которые стали для современного сетевого оборудования неписанным стандартом.
Большинство современных устройств имеют такую поддержку, поэтому при выборе коммутатора не стоит акцентировать на этом большого внимания.
Количество слотов расширения . Некоторые коммутаторы имеют несколько слотов расширения, позволяющие разместить дополнительные интерфейсы. В качестве дополнительных интерфейсов выступают гигабитные модули, использующие витую пару, и оптические интерфейсы, способные передавать данные по оптоволоконному кабелю.
Размер таблицы MAC-адресов . Это размер коммутационной таблицы, в которой соотносятся встречаемые MAC-адреса с определенным портом коммутатора. При нехватке места в коммутационной таблице происходит затирание долго не используемых MAC-адерсов. Если количество компьютеров в сети много больше размера таблицы, то происходит заметное снижение производительности коммутатора, т.к. при каждом новом MAC-адресе происходит поиск компьютера и внесение отметки в таблицу.
При выборе коммутатора следует прикинуть примерное количество компьютеров и размер таблицы MAC-адресов коммутатора.
Flow Control (Управление потоком). Управление потоком IEEE 802.3x обеспечивает защиту от потерь пакетов при их передаче по сети. К примеру, коммутатор во время пиковых нагрузок, не справляясь с потоком данных, отсылает отправляющему устройству сигнал о переполнении буфера и приостанавливает получение данных. Отправляющее устройство, получая такой сигнал, останавливает передачу данных до тех пор, пока не последует положительного ответа от коммутатора о возобновлении процесса. Таким образом два устройства как бы "договариваются" между собой когда передавать данные, а когда нет.
Так как эта функция присутствует почти во всех современных коммутаторах, то при выборе коммутатора на ней не следует акцентировать особого внимания.
Jumbo Frame . Наличие этой функции позволяет коммутатору работать с более большим размером пакета, чем это оговорено в стандарте Ethernet.
После приема каждого пакета тратится некоторое время на его обработку. При использовании увеличенного размера пакета по технологии Jumbo Frame, можно существенно сэкономить на времени обработки пакета в сетях, где используются скорости передачи данных от 1 Гб/сек и выше. При меньшей скорости большого выигрыша ждать не стоит.

Технология Jumbo Frame работает только между двумя устройствами, которые оба ее поддерживают.

При подборе коммутатора на этой функции не стоит заострять внимание, т.к. она присутствует почти во всех устройствах.
Power over Ethernet (PoE) . Эта технология передачи электрического тока для питания коммутатора по неиспользуемым проводам витой пары. Стандарт IEEE 802.af.
Встроенная грозозащита . Некоторые производители встраивают в свои коммутаторы технологию защиты от гроз. Такой коммутатор следует обязательно заземлить, иначе смысл этой дополнительной функции отпадает.

Читайте о новинках железа, новости компьютерных компаний и будите всегда в курсе последних достижений.

Какие коммутаторы бывают?

Помимо того, что все существующие коммутаторы различаются количеством портов (5, 8, 16, 24 и 48 портов и т.д.) и скоростью передачи данных (100Мб/сек, 1Гб/сек и 10Гб/сек и т.д.), коммутаторы можно так же разделить на:

Неуправляемые свичи - это простые автономные устройства, которые управляют передачей данных самостоятельно и не имеющие инструментов ручного управления. Некоторые модели неуправляемых свичей имеют встроенные инструменты мониторинга (например некоторые свичи Compex).
Такие коммутаторы получили наибольшее распространение в "домашних" ЛВС и малых предприятиях, основным плюсом которых можно назвать низкую цену и автономную работу, без вмешательства человека.

Минусами у неуправляемых коммутаторов является отсутствие инструментов управления и малая внутренняя производительность. Поэтому в больших сетях предприятий неуправляемые коммутаторы использовать не разумно, так как администрирование такой сети требует огромных человеческих усилий и накладывает ряд существенных ограничений.
Управляемые свичи - это более продвинутые устройства, которые также работают в автоматическом режиме, но помимо этого имеют ручное управление. Ручное управление позволяет очень гибко настроить работу коммутатора и облегчить жизнь системного администратора.
Основным минусом управляемых коммутаторов является цена, которая зависит от возможностей самого коммутатора и его производительности.

Абсолютно все коммутаторы можно разделить по уровням. Чем выше уровень, тем сложней устройство, а значит и дороже. Уровень коммутатора определяется слоем на котором он работает по сетевой модели OSI .

Для правильного выбора коммутатора Вам потребуется определиться на каком сетевом уровне необходимо администрировать ЛВС.

Разделение коммутаторов по уровням:

Коммутатор 1 уровня (Layer 1). Сюда относятся все устройства, которые работают на 1 уровне сетевой модели OSI - физическом уровне . К таким устройствам относятся повторители, хабы и другие устройства, которые не работают с данными вообще, а работают с сигналами. Эти устройства передают информацию, словно льют воду. Если есть вода, то переливают ее дальше, нет воды, то ждут. Такие устройства уже давно не производят и найти их довольно сложно.
Коммутатор 2 уровня (Layer 2). Сюда относятся все устройства, которые работают на 2 уровне сетевой модели OSI - канальном уровне . К таким устройствам можно отнести все неуправляемые коммутаторы и часть управляемых.
Коммутаторы 2 уровня работают с данными ни как с непрерывным потоком информации (коммутаторы 1 уровня), а как с отдельными порциями информации - кадрами (frame или жарг. фреймами ). Умеют анализировать получаемые кадры и работать с MAC-адресами устройств отправителей и получателей кадра. Такие коммутаторы "не понимают" IP-адреса компьютеров, для них все устройства имеют названия в виде MAC-адресов.

Коммутаторы 2 уровня составляют коммутационные таблицы, в которых соотносят MAC-адреса встречающихся сетевых устройств с конкретными портами коммутатора.

Коммутаторы 2 уровня поддерживают протоколы:
Коммутатор 3 уровня (Layer 3). Сюда относятся все устройства, которые работают на 3 уровне сетевой модели OSI - сетевом уровне . К таким устройствам относятся все маршрутизаторы, часть управляемых коммутаторов, а так же все устройства, которые умеют работать с различными сетевыми протоколами: IPv4, IPv6, IPX, IPsec и т.д. Коммутаторы 3 уровня целесообразнее отнести уже не к разряду коммутаторов, а к разряду маршрутизаторов, так как эти устройства уже полноценно могут маршрутизировать, проходящий трафик, между разными сетями. Коммутаторы 3 уровня полностью поддерживают все функции и стандарты коммутаторов 2 уровня. С сетевыми устройствами могут работать по IP-адресам. Коммутатор 3 уровня поддерживает установку различных соединений: pptp, pppoe, vpn и т.д.
Коммутатор 4 уровня (Layer 4). Сюда относятся все устройства, которые работают на 4 уровне сетевой модели OSI - транспортном уровне . К таким устройствам относятся более продвинутые маршрутизаторы, которые умеют работать уже с приложениями. Коммутаторы 4 уровня используют информацию, которая содержится в заголовках пакетов и относится к уровню 3 и 4 стека протоколов, такую как IP-адреса источника и приемника, биты SYN/FIN, отмечающие начало и конец прикладных сеансов, а также номера портов TCP/UDP для идентификации принадлежности трафика к различным приложениям. На основании этой информации, коммутаторы уровня 4 могут принимать интеллектуальные решения о перенаправлении трафика того или иного сеанса.

Чтобы правильно подобрать коммутатор Вам нужно представлять всю топологию будущей сети, рассчитать примерное количество пользователей, выбрать скорость передачи данных для каждого участка сети и уже под конкретную задачу начинать подбирать оборудование.

Управление коммутаторами

Интеллектуальными коммутаторами можно управлять различными способами:

через SSH-доступ . Подключение к управляемому коммутатору осуществляется по защищенному протоколу SSH, применяя различные клиенты (putty, gSTP и т.д.). Настройка происходит через командную строку коммутатора.
через Telnet-доступ к консольному порту коммутатора. Подключение к управляемому коммутатору осуществляется по протоколу Telnet. В результате мы получаем доступ к командной строке коммутатора. Применение такого доступа оправданно только при первоначальной настройки, т. к. Telnet является незащищенным каналом передачи данных.
через Web-интерфейс . Настройка производится через WEB-браузер. В большинстве случаев настройка через Web-интерфейс не дает воспользоваться всеми функциями сетевого оборудования, которые доступны в полном объеме только в режиме командной строки.
через протокол SNMP . SNMP - это протокол простого управления сетями.
Администратор сети может контролировать и настраивать сразу несколько сетевых устройств со своего компьютера. Благодаря унификации и стандартизации этого протокола появляется возможность централизованно проверять и настраивать все основные компоненты сети.

Чтобы правильно выбрать управляемый коммутатор стоит обратить внимание на устройства, которые имеют SSH-доступ и протокол SNMP. Несомненно Web-интерфейс облегчает первоначальную настройку коммутатора, но практически всегда имеет меньшее количество функций, чем командная строка, поэтому его наличие приветствуется, но не является обязательным.

Случайные 7 статей.