Речь пойдет о коммутаторах в локальных сетях с 5-ю и 8-ю портами.

Сначала пару слов о том, чем коммутатор (switch) отличается от концентратора (HUB).

В общих выражениях различия (в пользу коммутатора) можно охарактеризовать как:

• большую пропускную способность
• большую скорость передачи информации
• большую надежность и гарантию правильности передаваемой информации
• как следствие — уменьшает загруженность всей сети или ее отдельных участков

За счет чего это достигается?

Попробуем объяснить это без специальных терминов.

Концентратор просто является устройством, куда подключаются все сетевые кабели от компьютеров, и он допускает в данный момент проход информации только от одного узла сети к другому. Причем до этого он предлагает информацию каждому узлу сети, пока не попадет на того, кто ее должен получить. Кроме того, концентратор (если есть несколько желающих получить или отправить информацию) последовательно решает кому разрешить передачу или прием информационных пакетов случайным образом, «подкидывая монетку». От этого и появляются коллизии. Все это осуществляется по одной шине с пропускной способностью 100 Mbit/sec.

Коммутатор — это устройство более «умное», и после первого включения в локальную сеть, он запоминает сетевой адрес каждого узла в специальной памяти таблицы адресов (address table). Даже маленький коммутатор запоминает от 8К до 16К (для 5-и, 8-портового) адресов узлов. Эта таблица нужна для коммутации пакетов. При запросе передачи или приема пакета от узла, коммутатор определяет адрес как передающего, так и адрес принимающего и коммутирует их друг с другом. Количество таких пар, которые не будут влиять на производительность, зависит от пропускной способности внутренней шины, Так в 5- и 8-портовых моделях фирмы TRENDware — TRENDnet TE100-S55E и S88E она составляет более 1 Gbit/sec. Это более чем в 10 раз превышает показатели шины концентратора, и даже загруженность сети в 10 раз большую, чем предельная для концентратора, клиенты сети не почувствуют, и сеть будет работать также быстро.

Есть и чисто механический (электрический) путь повысить скорость передачи данных между клиентом и коммутатором. Коммутатор умеет работать не только в одном направлении (half duplex) по сетевому кабелю, а в двух направления (full duplex). Таким образом, скорость обмена между клиентом и коммутатором возрастает до 200 Mbit/sec.

Если провести аналогию с автодорогами, то концентратор — это участок дороги всего в одну полосу, к которому сходится 5 или 8 дорог с каждой стороны. Проехать в данное время может только одна машина и только в одном направлении. Остальные стоят и сигналят — пробка.

Коммутатор — это участок дороги с двухсторонним движением по пять полос в каждую сторону для 5 или 8 входящих. При этом все полосы могут быть соединены в разных уровнях, не мешая друг другу и не пересекаясь. Поэтому по ней могут ехать одновременно 10 авто (5 пар) не замечая друг друга. По какой дороге поехали бы Вы?

Но и этим не исчерпываются преимущества коммутатора. В нем еще встроена промежуточная память, буфер обмена, в котором запоминаются те пакеты, которые предназначаются занятым в данный момент клиентам. Когда они освободятся, коммутатор сам передаст данные адресатам уже без участия передающих клиентов. Для 5- и 8-портовых коммутаторов TRENDnet буфер обмена (buffer memory) составляет 512 Kbyte и 1 MByte на устройство соответственно. Возвращаясь к аналогии с автодорогами: 0 — это транзитный склад, где автомобиль может выгрузить свой груз (пакет) и уехать, не занимая дороги и давая проехать другим.

Примерно понятно, что коммутатор позволяет прокачивать через себя гораздо больший поток информации и существенно быстрее.

А зачем и кому это нужно?

По-моему, существует несколько случаев построения сетей, при которых необходим маленький коммутатор.

1. Маленькая одноранговая сеть с большим обменом от каждого к каждому. Например, происходит обмен большими графическими файлами (чертежи, плакаты, фото и т.п.).

2. В сети есть несколько групп, в которых обмен (traffic) происходит интенсивнее, чем с другими узлами сети. Чтобы обмен активных групп не влиял на производительность всех остальных, их надо изолировать. Это как раз и делается с помощью коммутаторов. Если каждую группу объединить одним концентратором, а эти концентраторы уже подключать к коммутатору, то между группами будет проходить только то, что должно проходить между группами.

3. Если в сети есть более одного сервера или несколько узлов куда «стекается» информация: серверы, принтсерверы, интернет-серверы и т.д. Тогда, подключив их к коммутатору, Вы ускорите работу с ними как за счет скорости передачи (200MB/s full duplex), так и за счет разделения потоков (1 Gbps internal bus) и освободите сеть.

4. В некоторой степени коммутаторы можно применять и как повторители (удлинители) сети. Если с помощью двух концентраторов Вы можете построить сеть только в радиусе 205 м (для сети 100 Mbps), то, применяя 4 коммутатора, можно попытаться протянуть сеть до 500 м.

Наверняка есть еще большое количество вариантов применения.

Впрочем, при разнице в цене концентраторов и коммутаторов фирмы TRENDware, их можно применять почти везде.

Посмотрим, что может собой представлять коммутатор на примере устройств TRENDnet TE100-S55E/88E. Это небольшая металлическая коробочка 171x100x28 mm, с выносным блоком питания 220V и панелью разъемов с обратной стороны. На лицевой панели размещены светодиоды индикации питания, режима работы на скорости 10/100 Mbps, collision/fullduplex, индикатор подсоединения/активности (link/activity).

Для тех, кто не любит коробочек и выносных блоков питания (и унести тоже сложнее) выпускается внутренний коммутатор TE100-S4PCI, который также позволяет объединить в сеть до 5-и устройств. Причем, вместо коробочки и блока питания, Вы за ту же цену получаете сетевой адаптер в который и встроен коммутатор.

Когда эти строки выйдут из печати уже будет доступен еще один «меленький» коммутатор на 16 портов.

Сетевой коммутатор(свитч) (network switch , switching hub, bridging hub) - устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик (на MAC -адрес -адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF) всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Принцип работы коммутатора. Коммутатор хранит в памяти таблицу коммутации (хранящуюся в ассоциативной памяти), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры (фреймы) и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя не ассоциирован с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется. Стоит отметить малую латентность (задержку) и высокую скорость пересылки на каждом порту интерфейса.

Какие коммутаторы бывают?

Коммутаторы бывают неуправляемые (unmanaged switch) и управляемые (managed switch).

Неуправляемые коммутаторы - это простые автономные устройства, которые управляют передачей данных самостоятельно и не имеющие инструментов ручного управления. 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 коммутаторы - 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 .

Коммутатор 2 уровня (Layer 2). Сюда относятся все устройства, которые работают на 2 уровне сетевой модели OSI - канальном уровне (Что такое Ethernet)). Умеют анализировать получаемые кадры и работать с MAC -адрес -адресами устройств отправителей и получателей кадра. Такие коммутаторы не понимают IP-адреса компьютеров, для них все устройства имеют названия в виде MAC-адресов. IEEE 802.1p или приоритизация (Priority tags). IEEE 802.1q или виртуальные сети (Настройка VLAN Debian D-Link). IEEE 802.1d Spanning Tree Protocol (STP).

Коммутатор 3 уровня (Layer 3) . Сюда относятся все устройства, которые работают на 3 уровне сетевой модели OSI - сетевом уровне. Умеет управлять сетевыми протоколами: IPv4, IPv6, IPX, IPSec - протокол защиты сетевого трафика на IP-уровне 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 , Как работает 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.

Выбор switch сетевого коммутатора

Когда нужно выбирать неуправляемый коммутатор? Если вам необходимо:

Просто раздать интернет на несколько устройств (5-8 штук);

Объем трафика, который будут потреблять подключаемые девайсы - небольшой;

Вам не нужна возможность дополнительных ручных настроек, как-то: фильтрация трафика, ограничение скорости на отдельных портах и т.д.

Как выбрать коммутатор по параметрам и функциям? Рассмотрим, что подразумевается под некоторыми из часто встречающихся обозначений в характеристиках.

Базовые параметры:

Количество портов. Их число варьируется от 5 до 48. При выборе коммутатора лучше предусмотреть запас для дальнейшего расширения сети.

Базовая скорость передачи данных. Чаще всего мы видим обозначение 10/100/1000 Мбит/сек - скорости, которые поддерживает каждый порт устройства. Т. е. выбранный коммутатор может работать со скоростью 10 Мбит/сек, 100 Мбит/сек или 1000 Мбит/сек. Достаточно много моделей, которые оснащены и гигабитными, и портами 10/100 Мб/сек. Большинство современных коммутаторов работают по стандарту IEEE 802.3 Nway, автоматически определяя скорость портов.

Пропускная способность и внутренняя пропускная способность. Первая величина, называемая еще коммутационной матрицей - это максимальный объем трафика, который может быть пропущен через коммутатор в единицу времени. Вычисляется очень просто: кол-во портов х скорость порта х 2 (дуплекс). К примеру, 8-портовый гигабитный коммутатор имеет пропускную способность в 16 Гбит/сек. Внутренняя пропускная способность обычно обозначается производителем и нужна только для сравнения с предыдущей величиной. Если заявленная внутренняя пропускная способность меньше максимальной - устройство будет плохо справляться с большими нагрузками, тормозить и зависать .

Автоматическое определение MDI/MDI-X. Это автоопределение и поддержка обоих стандартов, по которым была обжата витая пара, без необходимости ручного контроля соединений. Настоятельно рекомендуется обжимать по стандарту MDI EIA/TIA-568B , тем более если планируется использование РоЕ.

Слоты расширения. Возможность подключения дополнительных интерфейсов, например, оптических SFP.

Размер таблицы MAC-адресов. Для выбора коммутатора важно заранее просчитать необходимый вам размер таблицы, желательно с учетом будущего расширения сети. Если записей в таблице не будет хватать, коммутатор будет записывать новые поверх старых, и это будет тормозить передачу данных. MAC -адрес -адрес состоит из 48 бит.

Форм-фактор. Коммутаторы выпускаются в двух разновидностях корпуса: настольный/настенный вариант размещения и для стойки. В последнем случае принят стандартный размер устройства -19-дюймов. Специальные ушки для крепления в стойку могут быть съемными.

Функции для работы с трафиком:

Зеркалирование трафика (port mirroring). Для обеспечения безопасности внутри сети, контроля или проверки производительности сетевого оборудования, может использоваться зеркалирование (дублирование трафика). К примеру, вся поступающая информация отправляется на один порт для проверки или записи определенным ПО. Теория и практика SPAN/RSPAN

Защита от "петель" (Loopback Detection) - функции Spanning Tree Protocol и LBD. Особенно важны при выборе неуправляемых коммутаторов. В них обнаружить образовавшуюся петлю - закольцованный участок сети, причину многих глюков и зависаний - практически невозможно. LoopBack Detection автоматически блокирует порт, на котором произошло образование петли. Протокол STP (IEEE 802.1d) и его более совершенные потомки - IEEE 802.1w, IEEE 802.1s - действуют немного иначе, оптимизируя сеть под древовидную структуру. Изначально в структуре предусмотрены запасные, закольцованные ветви. По умолчанию они отключены, и коммутатор запускает их только тогда, когда происходит разрыв связи на какой-то основной линии.

Агрегирование каналов (link aggregation) (IEEE 802.3ad). Повышает пропускную способность канала, объединяя несколько физических портов в один логический. Максимальная пропускная способность по стандарту - 8 Гбит/сек.

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.

IGMP Snooping. Имеет смысл включать если вещание IPTV. Разработан для предотвращения широковещательной (broadcast) ретрансляции multicast трафика компьютерам-потребителям, которые явно не заявили о своей заинтересованности в нём. Это позволяет коммутаторам исключать такой трафик из потоков, направляемых через порты, к которым не подключены его потребители, тем самым существенно снижая нагрузку на сеть. Однако при этом нагрузка на сам коммутатор не снижается, а повышается, поскольку такая фильтрация требует затрат памяти, NPU и CPU, в то время как простая ретрансляция по всем портам - операция "дешёвая".

Storm Control (Управление широковещательным/однонаправленным штормом) . Широковещательный шторм (англ. broadcast storm) - передача большого количества широковещательных пакетов в сети, часто с последующим увеличением их количества. Может возникать, например, как следствие петель в сети на канальном уровне или из-за атак на сеть. Из-за широковещательного шторма нормальные данные в сети зачастую не могут передаваться. Избежать возникновения широковещательных пакетов в сети практически невозможно, так как они используются многими служебными протоколами. На коммутаторах без защиты от широковещательного шторма его легко вызвать, просто соединив два порта патчкордом между собой. А "однонаправленный шторм" это, например, различные атаки. Пример такой атаки это отправка большого количества ICMP протокол диагностики перегрузки сети - запросов на широковещательный адрес, с адресом отправителя в пакете, который указывает на "жертву" атаки. В результате все устройства в этом широковещательном сегменте начинают отвечать на ICMP-запрос на указанный адрес "жертвы". В обычной плоской сети (где только традиционные сервисы, не подразумевающие рассылок) реальный "флуд" диагностируется по показателю в 100 Kbs ). Как работает? Storm control в каждую секунду измеряет количество бродкастов и, все что свыше, обрезает. Порт при этом продолжает работать для пересылки всего остального трафика.

Другие функции:

Диагностика кабеля. Многие коммутаторы определяют неисправность кабельного соединения, обычно при включении устройства, а также вид неисправности - обрыв жилы, короткое замыкание и т.п. Например, в D-Link предусмотрены специальные индикаторы на корпусе: в случае неполадки индикатор горит желтым, если кабель в рабочем состоянии - горит зеленым.

Защита от вирусного трафика (Safeguard Engine). Методика позволяет повысить стабильность работы и защитить центральный процессор от перегрузок "мусорным" трафиком вирусных программ. Что такое SafeGuard Engine и как настроить данную функцию на коммутаторах D-Link?

Энергосбережение. Ethernet 802.3az (Green Ethernet) . Обращайте внимание на наличие функций энергосбережения. Некоторые производители, выпускают коммутаторы с регулировкой потребления электроэнергии. Например, умный свитч мониторит подключенные к нему устройства, и если в данный момент какое-то из них не работает, соответствующий порт переводится в "спящий режим". Суть Green Ethernet: сетевое устройство с поддержкой функции Green Ethernet периодически пингует свои порты (разъемы), и в случае если подключенное устройство не работает, то есть выключено или вообще не подключено, – порт отключается от питания. Помимо этого, специальное программное обеспечение определяет длину кабелей и в зависимости от их длины регулирует мощность сигнала. По заявлениям производителя, Green Ethernet позволяет сократить энергопотребление на величину от 45% до 80%.

Power over Ethernet (PoE, стандарт IEEE 802.af) . Коммутатор с использованием этой технологии может питать подключенные к нему устройства по витой паре.

Необходимо рассчитать, какой объем трафика будет передаваться по сети. Например, если требуется регулярно производить резервное копирование нескольких десятков или даже сотен гигабайт информации с нескольких компьютеров, будет разумно приобрести коммутатор с портами 1000 Мбит/с (Gigabit Ethernet). Для малых объемов трафика будет достаточно 100-мегабитного коммутатора (Fast Ethernet).

Кроме того, необходимо учитывать, какую скорость поддерживают сетевые адаптеры компьютеров и других устройств в сети. Если подавляющее большинство устройств оснащено сетевыми адаптерами Fast Ethernet 100 Мбит/с, то покупать гигабитный коммутатор не имеет смысла. Однако следует отметить, что все современные материнские платы компьютеров оснащаются интерфейсом Gigabit Ethernet.

Внутренняя пропускная способность

Внутренняя пропускная способность коммутатора показывает, какой объем трафика коммутатор сможет обрабатывать в периоды пиковой нагрузки на все порты. Данную характеристику не следует путать с суммарной пропускной способностью всех портов в дуплексном режиме. Внутренняя пропускная способность может быть меньше, особенно у коммутаторов с большим количеством портов.

Например, у 16-портового коммутатора Fast Ethernet суммарная пропускная способность портов в дуплексном режиме составляет: 16 (количество портов) x 100 Мбит/с x 2 (дуплекс) = 3,2 Гбит/с. Если внутренняя пропускная способность коммутатора меньше 3,2 Гбит/с, то он будет плохо справляться с пиковыми нагрузками и может зависать.

Наличие слотов расширения

Некоторые модели коммутаторов имеют один или несколько слотов расширения для установки модулей с дополнительными интерфейсами. Такие модули приобретаются отдельно. Это могут быть, например, модули Gigabit Ethernet, использующие витую пару или волоконно-оптический кабель.

Поддержка стандарта IEEE 802.1p (приоритезация трафика)

Если коммутатор будет использоваться в сети, где ключевое значение имеет, например, передача потокового видео с камер наблюдения, то наличие функции приоритезации трафика (Priority tags) крайне желательно. Это позволит присвоить пакетам потокового видео самый высокий приоритет, и коммутатор будет обрабатывать и передавать такие пакеты в первую очередь, благодаря чему прямая трансляция видео будет происходить без задержек и разрывов.

Когда появились первые устройства, позволяющие разъединять сеть на несколько доменов коллизий (по сути фрагменты ЛВС, построенные на hub-ах), они были двух портовыми и получили название мостов (bridge-ей). По мере развития данного типа оборудования, они стали многопортовыми и получили название коммутаторов (switch -ей). Некоторое время оба понятия существовали одновременно, а поздее вместо термина "мост" стали применять "коммутатор".

Обычно, проектируя сеть, с помощью коммутаторов соединяют несколько доменов коллизий локальной сети между собой. В реальной жизни в качестве доменов коллизий выступают, как правило, этажи здания, в котором создается сеть. Их обычно более 2-х, а в результате обеспечивается гораздо более эффективное управление трафиком чем у прародителя комутатора - моста. По меньшей мере, он может поддерживать резервные связи между узлами сети.

Благодаря тому, что коммутаторы могут управлять трафиком на основе протокола канального уровня (Уровня 2) модели OSI, он в состоянии контролировать МАС адреса подключенных к нему устройств и даже обеспечивать трансляцию пакетов из стандарта в стандарт (например Ethernet в FDDI и обратно). Особенно удачно результаты этой возможности представлены в коммутаторах Уровня 3, т.е. устройствах, возможности которых приближаются к возможностям маршрутизаторов.

Коммутатор позволяет пересылать пакеты между несколькими сегментами сети. Он является обучающимся устройством и действует по аналогичной технологии. В отличие от мостов, ряд коммутаторов не помещает все приходящие пакеты в буфер. Это происходит лишь тогда, когда надо согласовать скорости передачи, или адрес назначения не содержится в адресной таблице, или когда порт, куда должен быть направлен пакет, занят, а коммутирует пакеты "на лету". Коммутатор лишь анализирует адрес назначения в заголовке пакета и, сверившись с адресной таблицей, тут же (время задержки около 30-40 микросекунд) направляет этот пакет в соответствующий порт. Таким образом, когда пакет еще целиком не прошел через входной порт, его заголовок уже передается через выходной. К сожалению, типичные коммутаторы работают по алгоритму "устаревания адресов". Это означает, что, если по истечении определенного промежутка времени, не было обращений по этому адресу, то он удаляется из адресной таблицы.

Коммутаторы поддерживают при соединении друг с другом режим полного дуплекса. В таком режиме данные передаются и принимаются одновременно, что невозможно в обычных сетях Еthегnеt. При этом скорость передачи данных повышается в два раза, а при соединении нескольких коммутаторов можно добиться и большей пиковой производительности.

Спасибо за внимание!

Сетевой коммутатор

Сетевой коммутатор - устройство, предназначенное для соединения несколькихузловкомпьютерной сетив пределах одного или несколькихсегментов сети. Коммутатор работает наканальном (втором) уровнемодели OSI. Коммутаторы были разработаны с использованиеммостовых технологийи часто рассматриваются как многопортовыемосты. Для соединения нескольких сетей на основесетевого уровняслужатмаршрутизаторы(3 уровень OSI).

В отличие от концентратора (1 уровень OSI), который распространяет трафик от одного подключённого устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю (исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети и трафик для устройств, для которых неизвестен исходящий порт коммутатора). Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Принцип работы коммутатора

Коммутатор хранит в памяти (т.н. ассоциативной памяти) таблицу коммутации, в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует фреймы (кадры) и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу на некоторое время. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя не ассоциирован с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты, за исключением того порта, с которого он был получен. Со временем коммутатор строит таблицу для всех активных MAC-адресов, в результате трафик локализуется. Стоит отметить малую латентность (задержку) и высокую скорость пересылки на каждом порту интерфейса.

Режимы коммутации

Существует три способа коммутации. Каждый из них - это комбинация таких параметров, как время ожидания и надёжность передачи.

С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю информацию в кадре, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него кадр.

Сквозной (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.

Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный . Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (первые 64 байта кадра анализируются на наличие ошибки и при её отсутствии кадр обрабатывается в сквозном режиме).

Задержка, связанная с «принятием коммутатором решения», добавляется к времени, которое требуется кадру для входа на порт коммутатора и выхода с него, и вместе с ним определяет общую задержку коммутатора.

Симметричная и асимметричная коммутация

Свойство симметрии при коммутации позволяет дать характеристику коммутатора с точки зрения ширины полосы пропускания для каждого его порта. Симметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с одинаковой шириной полосы пропускания, например, когда все порты имеют ширину пропускания 10 Мб/с или 100 Мб/с.

Асимметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с различной шириной полосы пропускания, например, в случаях комбинации портов с шириной полосы пропускания 10 Мб/с или 100 Мб/с и 1000 Мб/с.

Асимметричная коммутация используется в случае наличия больших сетевых потоков типа клиент-сервер, когда многочисленные пользователи обмениваются информацией с сервером одновременно, что требует большей ширины пропускания для того порта коммутатора, к которому подсоединён сервер, с целью предотвращения переполнения на этом порте. Для того чтобы направить поток данных с порта 100 Мб/с на порт 10 Мб/с без опасности переполнения на последнем, асимметричный коммутатор должен иметь буфер памяти.

Асимметричный коммутатор также необходим для обеспечения большей ширины полосы пропускания каналов между коммутаторами, осуществляемых через вертикальные кросс-соединения, или каналов между сегментами магистрали.

Буфер памяти

Для временного хранения фреймов и последующей их отправки по нужному адресу коммутатор может использовать буферизацию. Буферизация может быть также использована в том случае, когда порт пункта назначения занят. Буфером называется область памяти, в которой коммутатор хранит передаваемые данные.

Буфер памяти может использовать два метода хранения и отправки фреймов: буферизация по портам и буферизация с общей памятью. При буферизации по портам пакеты хранятся в очередях (queue), которые связаны с отдельными входными портами. Пакет передаётся на выходной порт только тогда, когда все фреймы, находившиеся впереди него в очереди, были успешно переданы. При этом возможна ситуация, когда один фрейм задерживает всю очередь из-за занятости порта его пункта назначения. Эта задержка может происходить даже в том случае, когда остальные фреймы могут быть переданы на открытые порты их пунктов назначения.

При буферизации в общей памяти все фреймы хранятся в общем буфере памяти, который используется всеми портами коммутатора. Количество памяти, отводимой порту, определяется требуемым ему количеством. Такой метод называется динамическим распределением буферной памяти. После этого фреймы, находившиеся в буфере, динамически распределяются выходным портам. Это позволяет получить фрейм на одном порте и отправить его с другого порта, не устанавливая его в очередь.

Коммутатор поддерживает карту портов, в которые требуется отправить фреймы. Очистка этой карты происходит только после того, как фрейм успешно отправлен.

Поскольку память буфера является общей, размер фрейма ограничивается всем размером буфера, а не долей, предназначенной для конкретного порта. Это означает, что крупные фреймы 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.

Возможности и разновидности коммутаторов

Коммутаторы подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые).

Более сложные коммутаторы позволяют управлять коммутацией на сетевом (третьем) уровне модели OSI. Обычно их именуют соответственно, например «Layer 3 Switch» или сокращенно «L3 Switch». Управление коммутатором может осуществляться посредством Web-интерфейса, интерфейса командной строки (CLI), протокола SNMP, RMON и т. п.

Многие управляемые коммутаторы позволяют настраивать дополнительные функции: VLAN, QoS, агрегирование, зеркалирование. На данный момент многие коммутаторы уровня доступа обладают такими расширенными возможностями, как сегментация трафика между портами, контроль трафика на предмет штормов, обнаружение петель, ограничение количества изучаемых mac-адресов, ограничение входящей/исходящей скорости на портах, функции списков доступа и т.п.

Сложные коммутаторы можно объединять в одно логическое устройство - стек - с целью увеличения числа портов. Например, можно объединить 4 коммутатора с 24 портами и получить логический коммутатор с 90 ((4*24)-6=90) портами либо с 96 портами (если для стекирования используются специальные порты).