В этом сегменте рынка наибольшее распространение получили устройства, реализующие одну из трех основных технологий.
Маршрутизирующие коммутаторы. Маршрутизирующий коммутатор ЛВС осуществляет поиск маршрута передачи пактов по стандартным алгоритмам маршрутизации уровня 3 с учетом протоколов и топологии сетей. После принятия решения о маршруте в дело вступают аппаратные интерфейсы уровня 2 для передачи-приема пакетов.
Коммутаторы потоков. Для таких устройств характерно обнаружение продолжительных потоков данных между двумя узлами в различных сегментах. Примерами таких потоков могут служить воспроизводимые медиа-файлы, WEB-страницы с большими объемами графики, обмен файлами с файл-серверами. После идентификации потока программным обеспечением уровня 3 между узлами устанавливается постоянное соединение аппаратными средствами уровня 2.
Коммутирующие маршрутизаторы. Пионером в этой области выступила компания CISCO, предложившая включать в пакет адресную информацию в виде идентификатора фиксированной длины – тега. Маршрутизаторы, входящие в состав ЛВС работают в режиме либо tag-router, отправляя информацию за пределы сегмента сети, либо в режиме tag-switch, принимая на основании тега решение о передаче информации внутри сегмента. Таким образом, в зависимости от тега адреса, маршрутизатор может выступать и как коммутатор ЛВС .
Коммутатор ЛВС используется, чтобы обеспечивать связь непосредственно внутри определенной локальной сети конкретной организации. Иногда вместо коммутаторов используют концентраторы при условии, что ЛВС небольшие с невысокой пропускной способностью либо в случае наличия ограниченного бюджета.
По сравнению с концентратором коммутатор ЛВС дороже, однако, более эффективен, а значит, и выгоден. Осуществляя выбор коммутатора, необходимо учесть определенные факторы, например:
- Наличие способности последующего расширения. Так, модульные устройства иногда снабжены слотами расширения, которые предоставляют возможность добавить новые модули.
- Тип, скорость и количество портов, а также интерфейсов.
- Система управления. В зависимости от выбранного коммутатора может либо предусматриваться система управления, либо отсутствовать. Преимуществом управляемого коммутатора является то, что администратор может включать или выключать порты, а также разрешать либо запрещать подключение компьютера или другого устройства.
- Стоимость. Данный фактор выделяет прямую зависимость между ценовой политикой и характеристиками устройства: тот коммутатор ЛВС стоит дороже, производительность которого лучше, а также обладающий целым набором функций.
ГЕННАДИЙ КАРПОВ
Это должен знать каждый,
или Четыре базовых принципа
выбора коммутатора ЛВС
Если вы планируете смонтировать у себя новую локальную вычислительную сеть (ЛВС) или модернизировать старую, то вам необходимо определиться с сетевой технологией, выбрать тип магистрали будущей сети, представить принцип построения серверной подсистемы и выбрать производителя сетевого оборудования.
Выбор типа сетевой технологии
Еще 5-6 лет назад этот вопрос стоял очень остро и мог стать судьбоносным для человека, принимающего решение по этому вопросу. Существовали конкурирующие решения: Ethernet, 100VG-AnyLAN, Token Ring, FDDI, АТМ. В периодических изданиях сторонники разных технологий «ломали копья», доказывая преимущества тех или иных решений. Сегодня жизнь все расставила по своим местам: в качестве основной сетевой технологии в рамках LAN остался только Ethernet. 100VG-AnyLAN прекратил свое существование, Token Ring повсеместно снимается с эксплуатации. FDDI и ATM в рамках ЛВС используются как специальные средства и не являются типичными сетевыми технологиями. Сейчас при выборе сетевой технологии вопрос стоит иначе: какой вариант реализации Ethernet-оборудования выбрать: на базе концентраторов или коммутаторов, или даже еще более «тонко»: использовать традиционные коммутаторы или коммутаторы, ориентированные на соединение. Однако не смотря на сужение выбора в сетевых технологиях, возможности 100VG-AnyLAN и Token Ring далее будут также проанализированы. Надо знать свою историю, ведь она всегда повторяется.
Для решения проблемы больших задержек в компьютерной сети обычно достаточно вместо концентраторов установить коммутаторы, подключив к каждому порту последнего по одному компьютеру. При этом на рабочих станциях не приходится вносить каких-либо изменений, а изменения в сетевой инфраструктуре минимальны. Надо только иметь в виду, что сегодня производительности даже коммутируемого соединения Ethernet 10Base-T или Token Ring (16 Мбит/с) недостаточно для многих приложений и во много раз уступает возможностям 100 Мегабитных каналов, доступных в сетях FDDI, 100BaseT, 100VG-AnyLAN, АТМ.
Переход на более скоростные технологии потребует внесения в сеть большего числа изменений, нежели установка коммутатора. В этом случае вам потребуется не только заменить концентратор, но и установить новые адаптеры и драйверы для них в каждый компьютер, возможна замена разъемов, кабеля, топологические ограничения, а это приведет к необходимости переложить кабель, поставить промежуточные преобразователи (конвертеры) и целой серии подобных проблем.
Можно подойти к модернизации ЛВС постепенно, растянув во времени процедуру модернизации рабочих станций. Для этого надо использовать технологию Ethernet 10/100Base-TX. В этом случае к скоростным магистралям для передачи основного трафика в первую очередь подключают коммутаторы рабочих групп и сервера, т.е. устройства, которым требуется высокая скорость, малые задержки или передача больших объемов информации. Перевод же рабочих станций на скоростные каналы осуществляется по мере необходимости.
Очень удобно применение двухскоростных адаптеров, т.к. режим автоматического определения скорости позволяет использовать такие адаптеры как в старых, так и в новых фрагментах сети, обеспечивает эффективность вложения средств, а также упрощает настройку и поддержку сети. Разница в цене между высокоскоростными (100Base-TX) и универсальными адаптерами (10/100) незначительна (обычно ее просто нет), а у коммутаторов она редко когда превышает 10%, что с учетом затрат на настройку и поддержку сети обеспечивает существенную экономию.
Вывод №1
В настоящее время нецелесообразно создавать ЛВС с применением низкоскоростных технологий и с последующим переводом их на высокоскоростные. В целом такой проект оказывается чуть ли не вдвое дороже. Гораздо целесообразнее применение оборудования, допускающего использование каналов с различной пропускной способностью в пределах одного шасси.
Выбор сетевой магистрали
Потребности в увеличении пропускной способности магистральных каналов связаны в основном с двумя явно просматривающимися тенденциями в архитектуре локальных вычислительных сетей: быстрым ростом производительности рабочих станций и централизацией данных вплоть до создания специализированных помещений – серверных комнат или центров.
Рост производительности средств вычислительной техники (в первую очередь дисковых подсистем, а не тактовой частоты ЦП персонального компьютера) на рабочих местах приводит к тому, что канал поступления информации в компьютер или сервер начинает становиться узким местом сетевого комплекса. Это просто результат неизбежности технического прогресса и бороться с этой тенденцией бесполезно.
Изъятие же локальных серверов из состава рабочих групп и централизация данных – технологический аспект проблемы, влияющий на выбор типа сетевой магистрали. При централизации данных существенно снижаются расходы на управление и поддержку, повышается надежность сети в целом, но в то же время это приводит к увеличению трафика между рабочими группами.
Наиболее развитыми технологиями построения магистральных каналов являются FDDI и АТМ. Они, в конце концов, разрабатывались специально для этого сектора сетевого рынка. Fast Ethernet и Gigabit Ethernet применяются для этих целей исторически, ну а 100VG-AnyLAN вообще для этого не приспособлен. До появления недорогих маршрутизаторов с портами 10/100Base-TX Ethernet слабо подходил для построения территориально распределенных магистралей, а сегодня это широко применяющееся на практике решение. Если исходить из соображений производительности, то наиболее целесообразно применение Gigabit Ethernet или АТМ, а если из соображений надежности – FDDI. Однако все эти технологии недешевы, особенно их реализация на single mode оптическом кабеле, а кроме того, при проектировании ЛВС масштабов здания очень часто можно организовать магистраль на объединяющей плате центрального модульного коммутатора – построить коллапсовую магистраль. В этом случае производительность магистрали будет выше и надежнее, чем варианты, основанные как на технологиях Gigabit Ethernet или АТМ, так и FDDI.
Понимание основных преимуществ той или иной сетевой технологии, ее назначения в индустрии вычислительных сетей обеспечивает возможность правильного выбора решения. Для удобства восприятия, резюме по основным сетевым технологиям приведено в таблице 1.
Вывод №2
Целесообразно, если это позволяют условия, использовать коллапсовую магистраль как самый скоростной и надежный вариант построения магистральных соединений.
Таблица 1. Сравнение высокоскоростных технологий
|
Технология |
Преимущества |
Недостатки |
|
100Base-T Gigabit Ethernet |
Эффективна для подключения серверов. Эффективна для подключения рабочих станций. Известные протоколы. Широкая поддержка производителями. |
Снижение производительности при большом числе устройств, при постоянных «перекачках» больших объемов информации с серверов на рабочие станции и обратно, в случае больших нагрузок на сеть требует вдумчивого подхода к выбору производителя оборудования. |
|
100VG-AnyLAN |
Хорошо приспособлена для критичных к задержкам приложений. Использует кабель категории 3 (4 пары). |
Небогатый выбор устройств. Ограниченная диагностика. Малое число производителей. |
|
FDDI |
Хорошо известна и широко распространена. Доступность оборудования. Эффективная организация магистралей. Уникальная отказоустойчивость. Эффективное подключение серверных групп. Широкая поддержка производителями. |
Высокая цена. Технология практически не развивается, что заставляет задуматься о ее перспективах. |
|
Масштабируемость. Поддержка разных типов трафика (голос, данные и т.д.). |
Высокие цены. Необходимость обучения специалистов по эксплуатации. Сложность настройки. |
Как создать производительную серверную подсистему
Для серверов требуется обычно более производительный сетевой интерфейс по сравнению с рабочими станциями, поскольку они предназначены для одновременного обслуживания большого числа пользователей сети. Если производительности сервера будет недостаточно, сеть не сможет нормально функционировать. Если производительность сервера превосходит возможности сети, сервер будет часть времени простаивать. В этом случае на него можно возложить дополнительные функции.
В последнее время явно просматривается опережающий рост числа сетевых серверов как специфических сетевых программных продуктов по сравнению с набором аппаратных платформ для их реализации. Это и традиционный файловый сервис, и печать, и работа с базами данных, и электронная почта, и программные комплексы обеспечения безопасности и т. д. и т. п. В результате рост потребностей в производительности каналов связи, обслуживающих сервера, нередко опережает коммуникационные возможности сети.
Вывод №3
Целесообразно увеличивать количество серверов в сети. Нецелесообразно устанавливать специфические программные продукты на один сервер. Сервера к концентратору должны подключаться с применением самых скоростных технологий. Дисковые подсистемы серверов должны быть самыми производительными в сети. На объеме оперативной памяти для серверов экономить нельзя.
Коммутаторы с автоопределением скорости
Одним из основных вопросов при модернизации ЛВС является простота и надежность объединения привносимых высокоскоростных коммутаторов с ранее применявшимися низкоскоростными. При этом необходимо понимать, что заказчик ожидает существенного повышения производительности своей сети при переходе на высокоскоростные технологии сразу же после замены корневого коммутатора.
Однако, как правило, при выборе коммутатора руководствуются в основном финансовыми соображениями и почему-то не принимают во внимание особенностей двухскоростных сетей: наличие в каналах связи пакетов с разными скоростями требует их буферизации в коммутаторах. В результате память коммутатора начинает играть критически важную роль в обеспечении работоспособности сети. И это даже в ненагруженных сетях. Для эффективной и надежной неблокируемой коммутации размер буферов должен быть достаточно большим.
Коммутаторы стандарта 10Base-T, снабженные 100 Мегабитными Up-link, не обеспечивают требуемой при связи разноскоростных портов буферизации. Они лишь позволяют объединить между собой сегменты ЛВС, построенные на разных скоростях. Построить сбалансированную по производительности систему на базе подобных коммутаторов очень трудно. Об этой особенности коммутаторов необходимо помнить даже при проектировании высокоскоростной сети «с нуля», т.к. даже в этом случае очень часто приходится применять низкоскоростные устройства класса 10Base-T– print server.
О том, насколько серьезно объем буферной памяти влияет на производительность применяемого коммутатора, а следовательно, и на производительность ЛВС, можно почерпнуть из приведенной ниже таблицы 2, демонстрирующей самые популярные на конец 1990-х – начало 2000-го года коммутаторы (причем сравнение приведено для коммутаторов одного класса).
Таблица 2. Сравнительная оценка производительности коммутаторов среднего класса (класса рабочей группы)
|
Cabletron
|
3Com
|
Bay Networks |
Cisco
|
Intel
|
|
|
10/100 Base-TX Ports |
|||||
|
Average Buffering/Port |
512Kb |
128Kb |
128Kb |
170Kb |
171Kb |
|
Switch Bandwidth |
4.2Gbps |
Unknown |
1.2Gbps |
3.2Gbps |
6.3Gbps |
|
Forwarding Rate |
3.6Mpps |
1.47Mpps |
1.6Mpps |
3.0Mpps |
Unknown |
Вывод №4
Если речь идет не о простой офисной сети, необходимо применение коммутаторов, в конструкции которых заложена возможность работы с разными скоростями, а также имеющих большие объемы оперативной памяти для организации внутренних буферов.
И наконец, то, о чем почти все всегда забывают
Когда все уже продумано, заказано и внедрено в эксплуатацию, часто оказывается, что заказчик не доволен производительностью сети. Обычно это бывает в двух типах сетей:
- Сеть из нескольких машин, собранная на одном коммутаторе.
- Большая разветвленная сеть с централизованной серверной подсистемой, собранной на одном коммутаторе.
В первом случае сеть в своем составе имеет обычно один сервер. В данной ситуации, действительно, замена концентратора на коммутатор практически не дает выигрыша в производительности сети по той причине, что все клиенты все равно замыкаются на одну связь – один порт сетевой карты на сервере, который в данном случае выступает в роли «бутылочного горлышка». В подобной топологии разделения потоков информации не происходит. Если в таких сетях нет трафика между компьютерами, как в обычной одноранговой сети, то применение коммутатора с технической точки зрения не оправдано.
Во втором случае заказчик нередко наблюдает совсем другую ситуацию: центральный коммутатор явно не справляется с потоками информации, т.к. до модернизации (обычно в этом случае локальные сервера были рассредоточены по рабочим группам) приложения на клиентских машинах работали быстрее. Причина подобного в схемотехническом решении коммутатора. Обычно коммутатор рабочей группы имеет один центральный процессор. В этом случае он в состоянии закоммутировать между собой в каждый момент времени только 2 порта, если количество процессоров равно 2-м, то 2 или 4 порта и т. д. Ну и в пределе (для 24-х портового коммутатора), если количество процессоров равно 24-м, то коммутатор в состоянии одновременно поддерживать соединение по схеме «12 на 12». К сожалению, информацию о количестве центральных процессоров в конкретных реализациях коммутаторов найти очень трудно. Вычислить их количество, используя такие характеристики как Switch Bandwidth или Bus Capacity, точно нельзя, но оценить в принципе можно. С другой стороны, эта задача практически не связана с конкретными моделями конкретных производителей. Каждый производитель позиционирует свое оборудование для конкретного сегмента рынка ЛВС. Количество процессоров и объем буфера – это те характеристики, которые как раз и определяют тактико-технические данные производимого им оборудования, сегмент потенциального рынка, на который он (производитель) может претендовать.
Главный вывод
Доверьте модернизацию вашей сети профессионалам или не жалейте средств на обучение собственных специалистов, пусть они лучше экспериментируют на лабораторных работах в учебном центре, а не с вашими деньгами.
Тема данного обзора - устройства, предназначенные для построения ЛВС крупных организаций. Речь пойдет прежде всего о новинках этого рынка. Первоначально коммутаторы использовались в ЛВС для повышения производительности последних, поскольку обеспечивали лучшие характеристики по сравнению с концентраторами и «коаксиалом», хорошо знакомым специалистам (10Base2).Однако со временем на коммутаторы стали возлагать все более сложные задачи. Девиз современных ЛВС - применяйте коммутацию везде, где только возможно; маршрутизацию - исключительно по необходимости. Время серверов с множеством сетевых карт для маршрутизации между сегментами сети безвозвратно уходит в прошлое.Классические коммутаторы работают на втором (канальном) уровне модели OSI. Они решают следующие основные задачи: буферизация входящего трафика, построение таблицы физических (MAC-) адресов станций, подключенных к их портам, выдача кадров на порты в соответствии с таблицей MAC-адресов
Такие коммутаторы обладают высоким быстродействием, поскольку не обрабатывают
IP-пакеты, а лишь направляют кадры Ethernet с одного порта на другой. Они способны
передавать данные со скоростью работы физического интерфейса (wire speed). Если
такой режим поддерживается одновременно на всех портах, то устройство называют
неблокируемым, поскольку оно не сбрасывает кадры при максимальной нагрузке.
На это свойство следует обращать особое внимание, так как далеко не каждое устройство,
даже среди моделей широко известных марок, обладает такими возможностями, а
трафик в сети имеет тенденцию неуклонно возрастать.
Однако неблокируемые коммутаторы не способны избавить сеть от "узких мест",
обусловленных наличием в ЛВС маршрутизаторов (исключение составляют устройства
доступа к WAN-сетям). Обычные программные маршрутизаторы анализируют каждый
поступающий IP-пакет данных, прежде чем определить пункт назначения пакета и
направить его по определенному пути. Проблема состоит в том, что такие маршрутизаторы
способны обрабатывать всего несколько сотен тысяч пакетов в секунду, а современные
ЛВС на базе Fast/Gigabit Ethernet требуют гораздо большей производительности.
Коммутаторы уровня 3, или маршрутизирующие коммутаторы (иногда их называют коммутирующими
маршрутизаторами и даже IP-коммутаторами) выполняют одновременно функции и коммутации,
и маршрутизации. Они работают на третьем, сетевом уровне модели OSI, на котором,
в частности, определяются IP-адреса и пакеты. Такие коммутаторы создаются на
базе специализированных интегральных микросхем и "коммутационных матриц". Кроме
того, в них используются быстродействующие RISC-процессоры и другие элементы,
позволяющие достичь высокой скорости маршрутизации.
Коммутаторы уровня 3 могут с успехом заменить маршрутизаторы, объединяющие сегменты
ЛВС. Так, по утверждению компании Avaya, ее коммутатор Cajun P550 по сравнению
с традиционными маршрутизаторами повышает скорость обмена данными между сегментами
ЛВС в 10-100 раз.
Таким образом, коммутаторы уровня 3, как правило, обеспечивают высокую (по сравнению
с традиционными маршрутизаторами) скорость маршрутизации для протоколов IP/IPX,
малую задержку, а также позволяют организовывать виртуальные локальные сети
(VLAN). При этом поддерживаются следующие протоколы маршрутизации: RIP, RIPv2,
OSPF (некоторые производители предусматривают даже поддержку BGP - Border Gateway
Protocol), а также протоколы многоадресного вещания - IGMP (Internet Group Management
Protocol), PIM (Protocol Independent Multicast) и DVMRP (Distance Vector Multicast
Routing Protocol).
Еще одно преимущество коммутаторов 3-го уровня - возможность обеспечения гарантированного
качества обслуживания (QoS) для различных типов трафика (при коммутации на уровне
2 эта функция нереализуема).
Наиболее совершенные коммутаторы уровня 3 позволяют осуществлять одновременную
фильтрацию трафика для уровней 2, 3, 4 и даже выше, а значит, и гарантированную
доставку критически важных данных. 
Использование функций уровня 4 позволяет управлять трафиком. Целесообразность
совмещения функций, реализуемых на четвертом уровне, с функциями коммутации
и маршрутизации (уровни 2 и 3) обусловлена тем, что с точки зрения предотвращения
перегрузок в сети может оказаться полезной способность системы анализировать
информацию транспортного и более высоких уровней. Подобный анализ позволяет
различать трафик протоколов высших уровней: HTTP, FTP, SMTP. Классификация трафика
по приложениям и/или пользователям требует перехода на еще более высокие уровни.
Такие коммутаторы способны, например, блокировать трафик потокового аудио или
видео (mp3/MPEG4) для обеспечения своевременной доставки пакетов критически
важных приложений.
Особое место среди коммутаторов верхних уровней занимают устройства с поддержкой
портов Gigabit Ethernet, создание которых стало возможно только благодаря технологическому
прорыву в сфере разработки специализированных микропроцессоров.
Ведущие производители коммутаторов, такие как 3Com, Сisco Sys-tems, Riverstone
Networks (образовалась после разделения Cabletron Systems), Hewlett-Packard,
IBM и Nortel Networks, пошли по эволюционному пути, добавив порты Gigabit Ethernet
и модули коммутации 3 и 4-го уровней в коммутаторы уровня 2. Одновременно на
рынке появились новые компании, которые сразу начали выпускать Gigabit-Ethernet-коммутаторы
3-4-го уровней, однако у нас они пока мало известны.
Коммутаторы Gigabit Ethernet уровня 3 предназначены для использования в качестве
коммутаторов магистральной сети предприятия, а также для подключения серверных
ферм (групп серверов, расположенных в одном помещении и соединенных между собой
для выполнения общих приложений).
Далее мы рассмотрим 48-портовые коммутаторы Fast Ethernet, которые поддерживают
ряд функций 3 и 4-го уровня (табл. 1). Интересно, что в устройствах этого класса
функции 3-го уровня практически не предусмотрены (из соображений экономии).
Действительно, в сегменте 100 Мбит/с, состоящем из 48 узлов, в маршрутизации,
как правило, нет необходимости, зато функции 4-го уровня позволяют обеспечить
требуемое качество обслуживания трафика критически важных приложений.
 |
Продукция этой компании, еще недавно переживавшей не лучший период своей истории,
сейчас занимает прочное, на наш взгляд, положение в обсуждаемом секторе украинского
рынка благодаря относительно невысокой стоимости устройств. 
В конце прошлого года 3Сom представила ряд новых коммутаторов SuperStack 3 серий
4300/4400, которые пришли на смену серии 3300. Основное преимущество новой линейки
- производительность. Коммутаторы серий 4300/4400 являются полностью неблокируемыми,
чего не скажешь о 3300 - их производительность никогда широко не афишировалась
производителем.
Очень интересное решение из новой линейки - стекируемые коммутаторы 4400 с возможностями
коммутации на 2 и 4-м уровне. 24-портовая версия способна обрабатывать до 6,6
млн. кадров в секунду, а 48-портовая - до 10 млн. Все модификации имеют компактный
корпус высотой 1U и снабжены двумя слотами для установки модулей расширения 1000Base-T/SX/LX
и 100Base-FX и отказоустойчивого модуля для объединения в стек. В одном стеке
может размещаться до 192 портов Fast Ethernet.
В каждом из этих коммутаторов предусмотрена возможность объединения портов для
создания единого высокоскоростного канала связи с другим коммутатором или сервером.
Поддерживаются виртуальные локальные сети на базе стандарта IEEE 802.1Q и резервирование
соединений на основе "быстрого" протокола Spanning Tree (IEEE 802.1w), а также
возможность установки дополнительных резервных блоков питания.
Рассмотрим возможности устройства по коммутации на 4-м уровне. Своевременная доставка
критически важного трафика обеспечивается благодаря поддержке технологии Advanced
Class of Service, наличию четырех очередей на каждый порт, поддержке приоритизации
на канальном уровне (802.1р) и возможности многоуровневой классификации пакетов.
ПО 3Com Network Supervisor позволяет сконфигурировать коммутаторы SuperStack 3
Switch 4400 для автоматического обнаружения критичных видов трафика, например
электронной почты или данных ПО SAP, и назначить им приоритеты внутри корпоративной
ЛВС. С другой стороны, можно заблокировать нежелательный трафик, например потоковое
аудио.
Имеется система контроля и управления на основе SNMP или Web-интерфейса, встроенные
средства RMON, а также фирменное ПО 3Com Transcend Network Supervisor. 
Удачно вписывается в рассматриваемую категорию устройств линейка маршрутизирующих
коммутаторов Rapier компании Allied Telesyn.
Наиболее интересна, на наш взгляд, модель Rapier 48i. Данный коммутатор имеет
48 портов Fast Ethernet с автоопределением скорости, а также два слота для гигабитных
модулей расширения. С коммутатором поставляется полный набор гигабитных интерфейсов:
1000Base-SX для многомодового оптоволокна, 1000Base-LX для одномодового и "медный"
модуль 1000Base-T.
Коммутатор имеет встроенный RISC-процессор 200 МГц и 2 Мб буферной памяти. Все
функции коммутации 2 и 3-го уровня выполняются на базе ASIC, что позволило добиться
высоких показателей производительности на этих уровнях - 10 млн. кадров в секунду
при пропускной способности шины коммутатора 19,2 Гбит/с.
Несложные расчеты показывают, что коммутатор является полностью неблокируемым:
максимальная производительность для портов 100 Мбит/с составляет 148 800 кадров/с,
а для гигабитных - 1 488 000 кадров/с. Устройство поддерживает 8192 MAC-адреса
и 2048 IP-адресов.
В коммутаторе предусмотрен широкий набор средств для обеспечения необходимого
качества обслуживания и оптимизации пропускной способности: приоритизация трафика
802.1p (четыре очереди на каждый порт), управление потоком 802.3x, фильтрация
многоадресного трафика (протоколы IGMP и PIM-DM/SM). Поддерживается до 255 виртуальных
ЛВС (что немаловажно для больших сетей) на основе стандарта 802.1Q, а также резервирование
соединений на основе протокола остовного дерева (802.1D).
Среди других возможностей - обеспечение QoS на высших уровнях: обработка полей
IP TOS, поддержка протокола RSVP (Resource Reservation Protocol), анализ заголовков
ТСР и т.д. Поддерживаются протоколы маршрутизации RIP, OSPFv2, BGP4 (опционально),
VRRP (Virtual Router Rеdundancy Proto-col) и DVMRP, оптимизирующий доставку мультимедийного
трафика. В качестве дополнительных возможностей доступны функции маршрутизации
протоколов IPX и Apple-Talk, а также межсетевого экрана (!).
Отличительная черта данного коммутатора - широкие возможности управления: поддержка
RMON, управления через консоль, Telnet, SNMP, а также через Web-интерфейс. Для
безопасного удаленного управления предусмотрен сервер SSH v. 2.0 (SSH - Secure
Shall) и аутентификация на базе RADIUS. Пропускная способность входных портов
варьируется от 64 Кбит/с до физической скорости порта, гигабитных выходных портов
- от 1 Мбит/с.
Отметим также возможность объединения портов (802.3ad) для создания высокоскоростных
каналов связи с серверами или магистралью и функцию зеркалирования портов: трафик
одного порта можно перенаправить на другой, что очень удобно в плане мониторинга
трафика и подключения различных сетевых анализаторов.
Как всегда на высоте фирменная светодиодная индикация состояния портов. Стоит
упомянуть и о возможности установки внешнего резервного блока питания, а также
внутреннего на -48 В. 
Недавно представленное семейство интеллектуальных коммутаторов Ethernet Cisco
Catalyst 2950 включает моноблочные устройства, допускающие установку в отказоустойчивый
стек. У каждого из них 24-48 портов Fast Ethernet и два слота для модулей Gigabit
Ethernet. Максимальная производительность этих устройств составляет 10 млн. кадров
в секунду.
Коммутаторы способны выполнять интеллектуальные функции, такие как расширенная
поддержка качества обслуживания, классификация трафика (по следующим признакам:
MAC/IP/TCP/UDP-адрес или порт, поле IP-TOS, метки 802.1p), ограничение полосы
(rate-limiting), фильтрация и управление многоадресным трафиком (IGMP).
Для выполнения высокоэффективной маршрутизации IP-трафика в сетях среднего размера
компания Cisco рекомендует использовать Cata-lyst 2950 в сочетании с коммутаторами
серии Catalyst 3550. Коммутаторы третьего уровня Ethernet Cisco Catalyst 3550
- это стекируемые устройства, предназначенные для работы в корпоративных сетях,
с 24-48 портами Fast Ethernet и двумя слотами для модулей Gigabit Ethernet, либо
только 10 портами Gigabit Ether- net и двумя слотами для модулей.
Catalyst 3550 с 48 портами Fast Ethernet обрабатывает до 10,1 млн. кадров/с; версия
с 12 портами Gi-gabit Ethernet - 17 млн. кадров/с. Эти коммутаторы, аналогично
Cata-lyst 2950, обеспечивают расширенную поддержку качества обслуживания, возможность
ограничения скорости портов (rate-limiting), поддерживают решения Cisco для контроля
доступа к сети на базе протокола RADIUS и стандарта 802.1x, управление многоадресным
трафиком (IGMP) и высокопроизводительную маршрутизацию IP-трафика (протоколы RIPv1,
RIPv2, OSPF, IGRP, (Interior Gateway Routing Protocol) EIGRP, PIM-SM/DM, DVMRP).
Программное обеспечение Cisco Catalyst 3550, Enhanced Multilayer Image (EMI),
позволяет организовать в корпоративной сети аппаратную однонаправленную (unicast)
и широковещательную (multicast) IP-маршрутизацию, маршрутизацию между ВЛВС, трассируемые
списки контроля доступа (RACLs), маршрутизацию с горячей заменой (HSRP - Hot Standby
Router Protocol). Cisco Catalyst с портами Gigabit Ethernet поставляется с предустановленным
EMI. Конфигурации без Gigabit Ethernet могут поставляться как с предустановленным
EMI, так и без него (возможна последующая инсталляция этого ПО). 
Расширенное программное обеспечение Cisco Cluster Management Suite (CMS), встроенное
в Cisco Catalyst серий 2950 и 3550, включает ряд "мастеров" конфигурирования,
упрощающих реализацию объединенных приложений и сетевых сервисов.
Компания Enterasys представлена в данном обзоре недавно выпущенным устройством
серии Vertical Horizon VH-2402-L3. Это 24-портовый коммутатор 10/100 Мбит/с с
двумя модулями расширения; индекс L3 свидетельствует о возможностях коммутации
третьего уровня.
Коммутатор построен на базе процессора Toshiba TX3927, имеет буфер объемом 16
Мб и таблицу MAC-адресов на 8 тыс. записей. Производительность внутренней шины
составляет 9 Гбит/с, что обуславливает суммарную производительность 6,6 млн. 64-байтных
кадров/с. Таким образом, это полностью неблокируемый коммутатор.
Устройство имеет 24 порта 10/100 Мбит/с с автоматическим определением скорости
(100Base-TX или 10Base-T), а также режима дуплекса. На всех портах поддерживается
управление потоком IEEE 802.3x и приоритизация трафика 802.1p, для чего организуется
четырехуровневая очередь.
Порты Gigabit Ethernet поставляются как дополнительные модули, которые могут быть
установлены в свободный слот на передней панели коммутатора. Имеются оптические
порты 1000Base-LX/SX/Т. До четырех портов 100 Мбит/с или два гигабитных могут
быть объединены в высокопроизводительный дуплексный "транк" для соединений коммутатор-коммутатор
или сервер-коммутатор. Коммутатор поддерживает ВЛВС стандарта IEEE 802.1Q.
Поддерживается маршрутизация IP-трафика по протоколам RIP-1/ RIP-2, а также фильтрация
многоадресного трафика IGMP. 
Линейка ProCurve компании Hewlett-Packard недавно пополнилась новой серией модульных
коммутаторов - 4100gl. Рассмотрим наиболее интересное устройство этой серии -
48-портовый модульный коммутатор 4148gl 10/100 Мбит/с.
Коммутатор имеет два свободных слота для установки дополнительных 24-портовых
модулей 10/100 Мбит/с, модулей 1000Base-LX/SX/T или модуля стекирования, а также
модулей 100Base-FX. Пропускная способность шины составляет 18 Гбит/с, что обеспечивает
обработку до 35 млн. 64-байтных кадров в секунду. "Сердцем" коммутатора является
процессор Motorola PowerPC с тактовой частотой 200 МГц. Объем буферной памяти
составляет 16 Мб для гигабитных модулей и 512 Кб для модулей 10/100, размер таблицы
MAC-адресов - 8 000 записей.
Чтобы ограничить передачу группового широковещательного трафика (например, видео),
используется протокол группового вещания - IGMPv2.
В коммутаторе реализована поддержка различных видов ВЛВС - на базе портов, MAC-адресов,
а также 802.1Q; кроме того, поддерживается аутентификация пользователей, подключенных
к портам коммутатора по протоколу RADIUS (стандарт IEEE 802.1x). Объединение портов
по стандарту 802.3ad и Cisco Fast EtherChannel позволяет повысить пропускную способность
магистральных линий связи. Для резервирования сетевых соединений используется
недавно стандартизованный алгоритм остовного дерева с быстрой сходимостью - IEEE
802.1w. Приоритизация трафика поддерживается на канальном уровне - на базе стандарта
802.1p. Возможно управление потоками кадров в дуплексном режиме согласно стандарту
802.3х.
Предусмотрены различные способы управления коммутатором: через SNMP, Web-интерфейс,
консоль. Кроме того, поддерживается мониторинг: четыре группы RMON, SMON (Switch
Monitoring) и протокол CDP (Cisco Discovery Protocol). При удаленном управлении
поддерживается защищенное соединение через протокол SSH.
Высокий коэффициент готовности коммутатора обеспечивается за счет резервирования
блоков питания и возможности горячей замены модулей. Особо следует отметить заявленную
поддержку нового протокола iSCSI для сетей SAN, а также обещанные производителем
возможности IP-маршрутизации между VLAN, которые должны появиться в ближайшем
обновлении ПО коммутатора.
В апреле этого года Nortel Net-works представила новую серию модульных стекируемых
коммутаторов BayStack 470, пришедших на смену когда-то очень популярным, но уже
устаревшим морально BayStack 450. 
Модульный коммутатор BayStack 470-48T имеет 48 портов 10/100 Мбит/с с автоопределением
скорости подключаемых устройств, два слота для установки гигабитных интерфейсных
модулей (GBIC), а также, в отличие от 450-й серии, встроенный модуль для стекирования.
В стек можно объединить до 8 устройств и получить таким образом до 384 портов
Fast Ethernet.
Устройство может обрабатывать до 3,2 млн. 64-байтных Ethernet-кадров в секунду;
это практически единственная в нашем обзоре модель, поддерживающая до 16 тыс.
MAC-адресов.
Замечательной особенностью коммутаторов BayStack 470 является способ их стекирования.
Каждый стековый модуль имеет два интерфейса, один из которых подключается к следующему
устройству в стеке, а другой к предыдущему. У верхнего и нижнего коммутатора в
стеке свободные порты также соединены, так что образуется своеобразное кольцо
(рис. 1). Такое решение позволяет обеспечить работоспособность стека даже при
полном выходе из строя одного из коммутаторов.
Коммутатор предоставляет широкие возможности конфигурирования виртуальных ЛВС.
Может быть создано до 256 ВЛВС на базе портов или MAC-адресов, поддерживается
также стандарт 802.1Q. Благодаря поддержке функций качества обслуживания (QoS)
и фильтрации многоадресного трафика (IGMP) возможна интеграция голоса, видео и
данных в одной сети.
Остановимся подробней на механизмах качества обслуживания, реализованных в BayStack
470. Коммутатор может маркировать Erthernet- -кадры в соответствии с различными
классами обслуживания в зависимости от следующих параметров: значение поля TOS
IP-пакета; IP-адрес источника/назначения или подсети; тип протокола (TCP/UDP/IGMP);
значение TCP/UDP-адреса; тип Ether-net-кадра (IP/IPX); номер ВЛВС. Сопоставление
значения поля ToS IP-пакета и метки Ethernet-кадра 802.1p выполняется аппаратно
на базе заказных микропроцессоров (ASIC).
Правила QoS задаются через удобный графический интерфейс, позволяющий значительно
упростить этот процесс в сравнении с использованием режима командной строки. Можно
ограничить интенсивность входящего трафика в соответствии с типом QoS; на магистральных
портах поддерживается функция управления полосой пропускания - traffic shaping.
Особое внимание разработчики данной модели уделили надежности и безопасности,
приняв с этой целью ряд конструктивных мер. Каждое устройство в стеке хранит всю
информацию об общей конфигурации стека, благодаря чему стек сохраняет работоспособность
даже в случае выхода из строя какого-либо из компонентов. 
Технология MultiLink Trunking позволяет подключать коммутаторы друг к другу или
сервер к стеку, используя несколько физических линий, которые с точки зрения логической
структуры сети представляют собой одно соединение. Для протокола остовного дерева
это также одно логическое соединение, поэтому в случае обрыва физической линии
внутри соединения реконфигурации сети не происходит. Таким образом, Multi-Link
Trunking позволяет организовывать высоконадежные соединения между коммутаторами
и серверами с малым временем восстановления (менее секунды). Для организации одного
соединения MultiLink Trunking могут быть использованы порты разных коммутаторов,
установленных в один стек. Поэтому даже при выходе из строя одного из коммутаторов
стека работа критически важных сетевых приложений не нарушится.
Для резервирования соединений и распределения нагрузки в ЛВС поддерживается несколько
копий протокола остовного дерева (до 8). Кроме того, можно установить в коммутатор
резервный блок питания с автоматическим переключением.
Коммутатор поддерживает аутентификацию пользователей по протоколу RADIUS (стандарт
802.1x), а также новейшую, третью версию протокола SNMP, что обеспечивает высокий
уровень безопасности.
Управление коммутаторами Bay-Stack 470 осуществляется с помощью платформы Optivity,
разработанной Nortel Networks. Для управления используется протокол SNMP, а мониторинг
и анализ сетевого трафика обеспечиваются за счет поддержки протокола RMON (4 группы
на каждом порту: Alarms, Events, History и Statistics). В устройстве реализовано
Web-управление, что позволяет сетевому администратору получать информацию с коммутатора
при помощи Интернет-браузера.
К несомненным преимуществам устройства можно отнести наличие оптических модулей
1000Base-XD/ZX, обеспечивающих дальность связи до 40 и 80 км соответственно. А
вот отсутствие модулей 1000Base-T - минус; будем надеяться, что они появятся в
ближайшем будущем.
На чем остановиться?
При покупке коммутатора уровня 3-4 сначала проверьте, удовлетворяет ли выбранное
вами изделие приведенным ниже требованиям или, по крайней мере, большинству из
них.
Коммутатор должен обладать как минимум "джентльменским набором" функций, стандартным
для устройств такого класса: автоопределение скорости портов, управление
потоком 802.3х, приоритизация трафика 802.1p, поддержка виртуальных ЛВС 802.1Q.
Если многие из этих возможностей отсутствуют, то оправданием может служить только
одно - очень низкая цена.
Выбирайте коммутаторы, обеспечивающие требуемое быстродействие. Современный коммутатор
должен поддерживать как минимум несколько портов Gigabit Ethernet. Выясните, является
ли коммутатор неблокируемым
при полной нагрузке на все порты.
IP-коммутация и маршрутизация - не единственная функция, которую выполняют коммутаторы
уровня 3. Последние модели могут также поддерживать протоколы Novell IPX
и AppleTalk.
Что касается возможностей четвертого уровня, то коммутатор
должен как минимум поддерживать анализ полей IP TOS,
что позволяет
обеспечивать в ЛВС так называемое расширенное качество обслуживания. Поддержка
же протоколов IGMP, PIM и DVMPR
позволит значительно снизить объем
широковещательного трафика в сети при передаче мультимедиа-данных, например потокового
видео.
Протокол остовного дерева (IEEE 802.1D)
предотвращает возникновение
циклических маршрутов в сети и делает возможным создание резервных сетевых соединений.
Последние модели коммутаторов поддерживают усовершенствованную технологию остовного
дерева с гораздо меньшим временем сходимости - 802.1w.
За счет объединения нескольких (обычно до 4) портов (802.3ad, Fast EtherChannel,
Gigabit EtherСhannel) создаются высокопроизводительные магистральные каналы, что
позволяет организовывать соединения с пропускной способностью более 1 Гбит/с.
Другое применение данной технологии - резервирование магистральных соединений
и соединений серверов с ЛВС. При этом данные, которые передавались по вышедшему
из строя каналу, автоматически перенаправляются в другие каналы соединения.
Немаловажным фактором обеспечения надежности сети является возможность установки
резервного источника питания. Она имеется в коммутаторах фирм Nortel Networks,
3Com и др.
Коммутатор должен обладать широким набором интерфейсов Gigabit Ethernet (1000Base-SX/LX/T)
для подключения к магистральным коммутаторам и серверам. Интерфейсы 1000Base-SX
предназначены для использования совместно с многомодовым волоконно-оптическим
кабелем; максимальная дальность связи при этом не превышает 800 м, однако для
ЛВС, не выходящей за пределы здания, этого достаточно.
Если же необходимо объединить несколько удаленных друг от друга объектов, например
разнесенные территориально корпуса, нужно использовать одномодовое оптоволокно
и интерфейсы 1000Base-LX. Следует отметить, что это не предел: ряд производителей,
например Сisco и Nortel, выпускают модули для одномодового оптического кабеля
с дальностью связи до 100 км.
Для подключения серверов и коммутаторов, находящихся на расстоянии до 100 м, выгоднее
всего использовать интерфейсы 1000Base-T, в данный момент имеющиеся в коммутаторах
практически всех производителей.
Что касается управления, то большинство устройств рассматриваемого класса поддерживают
SNMP, Web-интерфейс и зонд RMON. Так, например, BayStack 450 компании Nortel Networks
поддерживает четыре группы RMON на каждом порту.
 |
Следует также обратить внимание на объем и характер информации, отображаемой на
передней панели. Хорошая индикация ошибок и состояния портов поможет справиться
с самыми различными проблемами.
В зависимости от предполагаемых размеров сети необходимо выбрать тип коммутаторов
- одиночные или стековые. Стековые устройства предоставляют больше возможностей
для расширения сети. Количество портов в одном стеке может достигать 100, и это
позволит отложить на некоторое время приобретение гигабитного коммутатора для
объединения сегментов ЛВС. Отметим, что практически все рассмотренные в обзоре
устройства обеспечивают стекирование.
Исходя из длительного срока эксплуатации коммутаторов, следует приобретать те
из них, которые имеют максимальный срок гарантии.
Мы взяли на себя смелость расставить коммутаторам оценки по приведенным выше критериям.
Под критерием "конструкция" мы подразумевали возможность стекирования, установки
резервных блоков питания, "медных" портов и их резервирования, возможность резервирования
самого стека и т.д. Мы оценивали устройства по пятибалльной шкале (табл. 2).
Среди коммутаторов с поддержкой функций 2 и 4-го уровней первое место занял 3Com
SuperStack 3 4400с. Большой отрыв от конкурентов обеспечила ему низкая цена в
расчете на один порт, практически в два раза ниже, чем у других участников. На
втором месте Cisco Catalyst 2950, на третьем - BayStack 470-48T. Если же основным
критерием считать не цену, а функциональные возможности, то выбором редакции в
этой категории является Catalyst 2950.
Среди маршрутизирующих коммутаторов места распределились следующим образом: первое
место разделили Cisco Catalyst 3550 и Allied Telesyn Rapier 48i с очень небольшой
разницей полученных баллов, второе - HP ProCurve Switch 4100gl, и третье почетное
место занял коммутатор Enterasys VH-2402-L3.
Следует сказать несколько слов о компании Allied Telesyn: ранее она выглядела
эдаким скромным середнячком, выпускавшим недорогие проверенные решения. Теперь
же компания представила продукт, практически ничем не уступающий Cisco Catalyst
3550 (к сожалению, такой же дорогостоящий).
В завершении отметим, что цена за порт маршрутизирующих коммутаторов 2-4-го уровня
сейчас составляет $ 95-110. Это примерно в три раза выше стоимости порта обычного
коммутатора 2-го уровня. Однако еще пару лет назад такие цифры казались просто
недостижимыми, поэтому сегодня использование таких устройств в корпоративных ЛВС
можно считать вполне оправданным.
Повторитель (repeater) — блок взаимодействия, служащий для регенерации электрических сигналов, передаваемых между двумя сегментами ЛВС. Повторители используются, если реализация ЛВС на одном сегменте кабеля (отрезке, моноканале) не допускается из-за ограничений на расстояние или на число узлов, причем при условии, что в соседних сегментах используются один и тот же метод доступа и одни и те же протоколы. Трафик в сегментах, соединенных повторителем, — общий. Повторитель может быть многопортовым. Сигнал, пришедший на один из портов, повторяется на всех остальных портах.
Концентраторы , называемые также хабами, предназначены для объединения в сеть многих узлов. Концентраторы обычно имеют ряд портов для подключения компьютеров и порт AUI (Attachment Unit Intreface) для связи с другими концентраторами или с магистралью. Концентраторы создают общую среду передачи данных без разделения трафика. Как и повторители они восстанавливают форму и мощность электрических сигналов, распространяемых в общей среде передачи данных. Так, концентраторами являются хабы в 10Base-T или Token Ring. В отличие от повторителя концентратор является многопортовым устройством (следует однако отметить, что часто термины повторитель и концентратор считают синонимами).
Дополнительными функциями концентраторов могут быть отключение некорректно работающих узлов, передача данных о состоянии соответствующего участка сети менеджеру протокола управления SNMP и др.
Сетевые платы и концентраторы специфичны для каждого типа ЛВС.
В последнее время концентраторы используются достаточно редко, вместо них получили распространение коммутаторы — устройства, работающие на канальном уровне ЭМВОС и повышающие производительность сети путём логического выделения каждого подключённого устройства в отдельный сегмент - домен коллизии.
Для соединения отдельных сегментов ЛВС друг с другом используют мосты и коммутаторы.
Мост (bridge) — блок взаимодействия разных подсетей, который в отличие от повторителей и концентраторов разделяет трафик. Разделение трафика означает, что если отправитель и получатель некоторого сообщения находятся в одной и той же из соединяемых подсетей, то это сообщение не пропускается в другую подсеть.
Мосты имеют по два или более портов. Каждый порт может оказаться входным или выходным. Управление передачей пакетов выполняется с помощью маршрутной таблицы моста, в которой строки содержат соответствующие друг другу значения MAC-адреса узла и номера порта моста. Если пакет пришел на порт и по таблице адрес относится к тому же порту , то пакет остается в данной ЛВС, иначе передается на порт , который найден по таблице. Первоначальное заполнение таблицы происходит по адресам источников пакетов — в строку заносятся адрес отправителя и номер входного порта. Таблицы могут изменять во времени свое содержимое. Если некоторые адреса по истечении длительного времени ни разу не активировались, то строки с такими адресами удаляются, их восстановление или занесение новых адресов выполняется по процедуре первоначального заполнения.
Мост может быть многопортовым, причем обычно порты соединяются посредством шины.
В зависимости от выполняемых функций различают несколько типов мостов.
Так называемый прозрачный (transparent) мост соединяет однотипные подсети (с одинаковыми канальными протоколами).
Транслирующие мосты соединяют сети с разными канальными протоколами, конвертируя пакеты (но необходимо, чтобы размеры пакетов были приемлемы для обеих сетей).
Инкапсулирующий мост отличается от прозрачного тем, что передача ведется через некоторую промежуточную сеть, имеющую, возможно, другие канальные протоколы (например, пересылка пакета между Ethernet подсетями через опорную сеть FDDI). Промежуточная сеть работает широковещательно, все подсети-приемники вскрывают инкапсулированные пакеты.
С помощью мостов возможна фильтрация пакетов. Например, администратор может установить защиту от пакетов с определенными адресами или запретить доступ к некоторым ресурсам.
Недостатки мостовых соединений — сравнительно невысокое быстродействие, необходимость избегать циклических соединений, что не всегда легко реализовать в сложных сетях.
Коммутаторы (switches) в отличие от мостов предназначены для объединения в сеть многих узлов или подсетей с возможностью создания одновременно многих соединений. Коммутаторы используются также для связи нескольких ЛВС с территориальной сетью. Один коммутатор может объединять несколько как однотипных, так и разнотипных ЛВС. Коммутаторы, как и мосты, работают с MAC-адресами и локализуют значительную часть трафика внутри соединяемых подсетей.
Возможны коммутация "на лету" (сквозная коммутация — cut-trough), когда передача пакета начинается сразу после расшифровки его заголовка, и с полным получением пакета (промежуточная буферизация — store-and-forward). Первый способ применяют в небольших сетях, второй — в магистральных коммутаторах. Сквозная коммутация уменьшает задержки в передаче данных, позволяет обойтись малым объемом буфера, но не дает возможности контролировать безошибочность передачи данных (точнее, изымать неверные кадры). Коммутация называется адаптивной, если администратор может для каждого порта устанавливать наиболее подходящий режим — "на лету" или "с буферизацией".
Обычно коммутатор имеет ряд портов, группируемых в сегменты. Каждый сегмент ориентирован на ЛВС одного типа. Например, коммутатор может иметь сегменты для подсетей типов Ethernet, Token Ring, FDDI, причем в этих сегментах имеются гнезда для подключения от двух-трех до нескольких десятков подсетей. Для каждого порта (или сегмента) выделены свои процессор и буферная память, т.е. коммутатор, в отличие от моста, представляет собой многопроцессорное устройство, каждый процессор обрабатывает пакеты, пришедшие на соответствующий порт. Имеется центральный процессор, координирующий работу остальных устройств. Процессоры соединяются посредством или высокоскоростной общей шины, или многовходовой памяти, но чаще используется коммутирующая матрица , в которой одновременно может быть создано много соединений.
В случае общей шины используется метод ее разделения между разными соединениями по времени.
Коммутатор на основе многовходовой буферной памяти называют временным. Запись производится в ячейки памяти последовательным опросом входов, а коммутация осуществляется благодаря считыванию данных на выходы из нужных ячеек памяти. При этом происходит задержка на время одного цикла "запись-чтение".
Коммутирующая матрица размера × представляет собой сетку, в которой входов подключены к горизонтальным шинам, а выходов — к вертикальным (рис. 1).
Рис. 1. Матрица пространственного коммутатора
В узлах сетки имеются коммутирующие элементы, причем в каждом столбце сетки может быть открыто не более чем по одному элементу. Если , то коммутатор может обеспечить соединение каждого входа с не менее чем одним выходом; в противном случае коммутатор называется блокирующим, т.е. не обеспечивающим соединения любого входа с одним из выходов. Обычно применяются коммутаторы с равным числом входов и выходов ×.
Недостаток рассмотренной схемы — большое число коммутирующих элементов в квадратной матрице, равное . Для устранения этого недостатка применяют многоступенные коммутаторы. Например, схема трехступенного коммутатора 6×6 имеет вид, представленный на рис. 2.
Рис. 2. Схема трехступенного пространственного коммутатора
Достаточным условием отсутствия блокировок входов является равенство . Здесь — число блоков в промежуточном каскаде, = ; — число блоков во входном каскаде. В приведенной на рис. 2 схеме это условие не выполнено, поэтому блокировки возможны. Например, если требуется выполнить соединение a1-d1, но ранее скоммутированы соединения a2-b2-c4-d3, a3-b3-c1-d2, то для a1 доступны шины b1,с3 и с5, однако они не ведут к d1.
В многоступенных коммутаторах существенно уменьшено число переключательных элементов за счет некоторого увеличения задержки. Так, при замене одноступенного коммутатора 1000×1000 трехступенным с = 22 и = 43 число переключателей уменьшается с 10 6 до 2·46·22·43 + 43·46·46, т.е. примерно до 0,186*10 6 .
Различают коммутаторы второго уровня (канального уровня) и коммутаторы третьего уровня (сетевого уровня). Сети с мостами или с коммутаторами второго уровня подвержены так называемому широковещательному шторму , поскольку при широковещательной передаче пакеты направляются во все подсети, соединенные через коммутаторы. Если какой-либо узел неправомочно начинает генерировать пакеты с широковещательным адресом, сеть будет "забита" пакетами. Чтобы уменьшить отрицательное влияние такого шторма, сеть разбивают на группы подсетей, в пределах которых и осуществляется широковещательность. Коммутатор третьего уровня разделяет группы, направляя через себя пакет только, если он предназначен для подсети другой группы.
Основными характеристиками коммутаторов являются скорость фильтрации и скорость продвижения пакетов через коммутатор, пропускная способность, измеряемая количеством информации, переданной через порты коммутатора в единицу времени, и задержка кадра в коммутаторе.
Типичные значения задержки при фильтрации (пакет остается в данной подсети) в современных коммутаторах находятся в пределах 10...40 мкс, а задержки при продвижении пакетов (пакет передается через коммутатор в другую подсеть) — в пределах 50...200 мкс. Удаление кадра из буфера происходит, если кадр остается в данной подсети. В этом случае используются также параметр скорость фильтрации, измеряемая количеством пакетов (обычно минимальной длины), фильтруемых коммутатором в единицу времени. Если кадр передается в другую подсеть, то используют параметр скорость продвижения кадров.
Задержка в коммутаторе определяется затратами времени на буферизацию и обработку кадра, включающую просмотр адресной таблицы и либо удаление кадра из буфера, либо передачу кадра на другой порт с последующим ожиданием доступа к подсети выходного порта.
В кабельной системе ЛВС различают горизонтальную и вертикальную подсистемы. Горизонтальная подсистема обычно занимает один этаж здания и включает концентраторы и кроссовый шкаф, от которого разводка к розеткам на рабочих местах выполняется с помощью витой пары (коаксиальный кабель или ВОЛС используются редко). Для подсоединения витой пары к порту хаба или компьютера применяют разъем типа RJ-45.
Вертикальная подсистема состоит из центрального кроссового шкафа здания, соединяющего поэтажные кроссовые шкафы с помощью ВОЛС или толстого коаксиального кабеля.
Когда появились первые устройства, позволяющие разъединять сеть на несколько доменов коллизий, 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 позднее 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 коммутатора – 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.
Несколько особняком стоят коммутаторы серии SmartSwutch фирмы Cabletron Systems. Эта серия коммутаторов поддерживает технологию SNS, которая ранее называлась SFS . Одна из ее особенностей заключается в том, что коммутаторы, составляющие сеть, хранят таблицу адресов "вечно" и обмениваются ими друг с другом, могут выгружать их на специальный сервер. Это позволяет не только сократить время прохождения пакета по сети, но и решить ряд специфических проблем, особенно связанных с безопасностью.
Концентратор – HUB
Hub или концентратор – многопортовый повторитель сети с автосегментацией. Все порты концентратора равноправны. Получив сигнал от одной из подключенных к нему станций, концентратор транслирует его на все свои активные порты. При этом, если на каком-либо из портов обнаружена неисправность, то этот порт автоматически отключается (сегментируется), а после ее устранения снова делается активным. Обработка коллизий и текущий контроль за состоянием каналов связи обычно осуществляется самим концентратором. Концентраторы можно использовать как автономные устройства или соединять друг с другом, увеличивая тем самым размер сети и создавая более сложные топологии. Кроме того, возможно их соединение магистральным кабелем в шинную топологию. Автосегментация необходима для повышения надежности сети. Ведь Hub, заставляющий на практике применять звездообразную кабельную топологию, находится в рамках стандарта IEEE 802.3 и тем самым обязан обеспечивать соединение типа МОНОКАНАЛ.
Назначение концентраторов – объединение отдельных рабочих мест в рабочую группу в составе локальной сети. Для рабочей группы характерны следующие признаки: определенная территориальная сосредоточенность; коллектив пользователей рабочей группы решает сходные задачи, использует однотипное программное обеспечение и общие информационные базы; в пределах рабочей группы существуют общие требования по обеспечению безопасности и надежности, происходит одинаковое воздействие внешних источников возмущений (климатических, электромагнитных и т.п.); совместно используются высокопроизводительные периферийные устройства; обычно содержат свои локальные сервера, нередко территориально расположенные на территории рабочей группы.
Маршрутизатор – Router
Hub-ы, организующие рабочую группу, bridge-и, соединяющие два сегмента сети и локализующие трафик в пределах каждого из них, а также switch-и, позволяющие соединять несколько сегментов локальной вычислительной сети - это все устройства, предназначенные для работы в сетях IEEE 802.3 или Еthernet. Однако, существует особый тип оборудования, называемый маршрутизаторами (routегs), который применяется в сетях со сложной конфигурацией для связи ее участков с различными сетевыми протоколами (в том числе и для доступа к глобальным (WАN) сетям), а также для более эффективного разделения трафика и использования альтернативных путей между узлами сети. Основная цель применения роутеров – объединение разнородных сетей и обслуживание альтернативных путей.
Различные типы router-ов отличаются количеством и типами своих портов, что собственно и определяет места их использования. Маршрутизаторы, например, могут быть использованы в локальной сети Ethernet для эффективного управления трафиком при наличии большого числа сегментов сети, для соединения сети типа Еthernet с сетями другого типа, например Тоkеn Ring, FDDI, а также для обеспечения выходов локальных сетей на глобальную сеть.
Маршрутизаторы не просто осуществляют связь разных типов сетей и обеспечивают доступ к глобальной сети, но и могут управлять трафиком на основе протокола сетевого уровня (третьего в модели OSI), то есть на более высоком уровне по сравнению с коммутаторами. Необходимость в таком управлении возникает при усложнении топологии сети и росте числа ее узлов, если в сети появляются избыточные пути (при поддержке протокола IEEE 802.1 Spanning Тгее), когда нужно решать задачу максимально эффективной и быстрой доставки отправленного пакета по назначению. При этом существует два основных алгоритма определения наиболее выгодного пути и способа доставки данных: RIP и OSPF. При использовании протокола маршрутизации RIР, основным критерием выбора наиболее эффективного пути является минимальное число "хопов" (hops), т.е. сетевых устройств между узлами. Этот протокол минимально загружает процессор мартрутизатора и предепьно упрощает процесс конфигурирования, но он не рационально управляет трафиком.При использовании OSPF наилучший путь выбирается не только с точки зрения минимизации числа хопов, но и с учетом других критериев: производительности сети, задержки при передаче пакета и т.д. Сети большого размера, чувствительные к перегрузке трафика и базирующиеся на сложной маршрутизирующей аппаратуре, требуют использования протокола ОSРF. Реализации этого протокола возможна только на маршрутизаторах с достаточно мощным процессором, т.к. его реализация требует существенных процессинговых затрат.
Маршрутизация в сетях, как правило, осуществляться с применением пяти популярных сетевых протоколов – ТСР/IР, Nоvеll IРХ, АррlеТаlk II, DECnеt Phase IV и Хегох ХNS. Если маршрутизатору попадается пакет неизвестного формата, он начинает с ним работать как обучающийся мост. Кроме того, маршрутизатор обеспечивает более высокий уровень локализации трафика, чем мост, предоставляя возможность фильтрации широковещательных пакетов, а также пакетов с неизвестными адресами назначения, поскольку умеет обрабатывать адрес сети.
Современные маршрутизаторы обладают следующими свойствами:
поддерживают коммутацию уровня 3, высокоскоростную маршрутизацию уровня 3 и коммутацию уровня 4;
поддерживают передовые технологии передачи данных, такие как Fast Ethernet, Gigabit Ethernet и АТМ;
поддерживают технологии АТМ с использованием скоростей до 622 Мбит/сек;
поддерживают одновременно разные типы кабельных соединений (медные, оптические и их разновидности);
поддерживают WAN-соединения включая поддержку PPP, Frame Relay, HSSI, SONET и др.;
поддерживают технологию коммутации уровня 4 (Layer 4 Switching), использующую не только информация об адресах отправителя и получателя, но и информацию о типах приложений, с которыми работают пользователи сети;
обеспечивают возможность использования механизма "сервис по запросу" (Quality of Service) - QoS, позволяющего назначать приоритеты тем или иным ресурсам в сети и обеспечивать передачу трафика в соответствии со схемой приоритетов;
позволяют управлять шириной полосы пропускания для каждого типа трафика;
поддерживают основные протоколы маршрутизации, такие как IP RIP1, IP RIP2, OSPF, BGP-4, IPX RIP/SAP, а также протоколы IGMP, DVMPR, PIM-DM, PIM-SM, RSVP;
поддерживают несколько IP сетей одновременно;
поддерживают протоколы SNMP, RMON и RMON 2, что дает возможность осуществлять управление работой устройств, их конфигурированием со станции сетевого управления, а также осуществлять сбор и последующий анализ статистики как о работе устройства в целом, так и его интерфейсных модулей;
поддерживать как одноадресный (unicast), так и многоадресный (multicast) трафик;
На сегодняшний день самыми "продвинутыми" маршрутизаторами можно считать серию оборудования SmartSwitchRouter фирмы Cabletron Systems .