Коммутаторы: особенности и характеристики

3. Стековые коммутаторы

 

       Стековые  коммутаторы должны иметь пропускную способность стекового интерфейса не ниже суммы пропускной способности  половины портов всех коммутаторов, объединяемых в стек. На практике количество объединяемых устройств часто ограничивается четырьмя. Топология соединений устройств стека может быть различной: «цепочка», «кольцо», «звезда». При связи в цепочку отказ одного устройства может привести к распаду стека на две несвязанные части. И в «цепочке», и в «кольце» пропускная способность стекового интерфейса разделяется всеми устройствами. Этого недостатка позволяет избежать построение стека с помощью специального коммутатора, к которому подключаются объединяемые коммутаторы. 

5. Технологии  коммутаторов

 

       Выделяют 3 основные технологии коммутаторов: коммутаторы технологии Ethernet, коммутаторы Token Ring и коммутаторы технологии FDDI. 

1.   Коммутаторы Ethernet

 

       Различные реализации - Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet - обеспечивают пропускную способность соответственно 10, 100 и 1000 Мбит/с. Коммутаторы Ethernet  предназначены для разделения на сегменты сетей Ethernet различной сложности. Коммутаторы Ethernet являются недорогой высокопроизводительной технологией модернизации существующих сетей  Ethernet. Коммутатор Ethernet поддерживает внутреннюю таблицу, связывающую порты с адресами подключенных к ним устройств. Эту таблицу администратор сети может создать самостоятельно или задать ее автоматическое создание средствами коммутатора. Используя данную таблицу  и содержащийся в пакете адрес получателя, коммутатор организует виртуальное соединение порта отправителя с портом получателя и передает пакет через это соединение. Виртуальное соединение между портами коммутатора сохраняется в течение передачи одного пакета, т.е. для каждого пакета виртуальное соединение организуется заново на основе содержащегося в этом пакете адреса получателя. Поскольку пакет передается только в тот порт, к которому подключен адресат, остальные пользователи не получат этот пакет. Таким образом, коммутаторы обеспечивают средства безопасности. В коммутаторах Ethernet передача данных между любыми парами портов происходит независимо и, следовательно, для каждого виртуального соединения выделяется вся полоса канала. Коммутатор Ethernet может обеспечить высокую пропускную способность при условии организации одновременных соединений между всеми парами портов. Ниже перечислены основные преимущества использования коммутаторов Ethernet:

       - Повышение производительности за счет высокоскоростных соединений между сегментами Ethernet  или узлами сети. В отличие от разделяемой среды, Ethernet коммутаторы позволяют обеспечить рост производительности при добавлении в сеть пользователей или сегментов.

       - Снижение числа коллизий, особенно в тех случаях, когда каждый пользователь подключен к отдельному порту коммутатора.

       - Незначительные расходы при переходе от разделяемой среды к коммутируемой за счет сохранения существующей инфраструктуры  Ethernet (кабели, адаптеры, программы).

       - Повышение безопасности за счет передачи пакетов только в тот порт, к которому подключен адресат.

       - Малое и предсказуемое время задержки за счет того, что полосу разделяет небольшое число пользователей. 

2.   Коммутаторы Token Ring

 

       Token Ring является сетью с передачей  маркера. Кабельная топология  - звезда или кольцо, но логически данные всегда передаются последовательно от станции к станции по кольцу. При этом способе организации передачи информации по сети циркулирует небольшой блок данных - маркер. Каждая станция принимает маркер и может удерживать его в течении определенного времени. Если станции нет необходимости передавать информацию, она просто передает маркер следующей станции. Коммутаторы Token Ring - коммутируют по МАС - адресу получателя, не используя RIF-информацию. Номера колец  для них несущественны, но все станции сети должны обладать уникальными МАС - адресами. 

3.   Коммутаторы FDDI

 

       Коммутаторы FDDI делятся на два класса - коммутаторы  с одним портом FDDI  и коммутаторы  с несколькими портами FDDI. Коммутаторы с одним портом FDDI  появились гораздо раньше коммутаторов с несколькими портами FDDI. В этих коммутаторах выполняется коммутация Ethernet- FDDI. Передача кадров между сетями Ethernet и FDDI требует выполнения операции трансляции форматов кадров, что несколько замедляет работу такого коммутатора, вследствие возникновения задержек. Задержка коммутации Ethernet - FDDI может составлять 150 - 170 мкс. Коммутаторы с несколькими портами FDDI имеют несколько коммутируемых портов FDDI и, соответственно, выполняют коммутацию FDDI-FDDI. Коммутаторы этого типа появились недавно, так как потребность в коммутации высокоскоростных сегментов не была достаточно острой еще несколько лет назад, и большинство предприятий удовлетворялись подключением всех сегментов рабочих групп, отделов или этажей к единственному кольцу FDDI. 
 
 
 
 
 
 
 
 

  

3.   Характеристики коммутаторов

 

       В данной главе мы рассмотрим основные характеристикам коммутаторов, которые непосредственно влияют на его производительность. 

1. Пропускная  способность

 

       Пропускная  способность коммутатора измеряется количеством переданных в единицу времени через его порты пользовательских данных. Максимальное значение пропускной способности коммутатора всегда достигается на кадрах максимальной длины, так как при этом и доля накладных расходов на служебную информацию кадра гораздо ниже, чем для кадров минимальной длины, и время выполнения коммутатором операций по обработке кадра, приходящееся на один байт пользовательской информации, существенно меньше. Пропускная способность падает почти в два раза при переходе на кадры минимальной длины, то есть чем меньше длина кадра, тем выше пропускная способность и наоборот - чем больше длина кадра, тем пропускная способность ниже. 

2. Задержка  при передаче кадра

 

       Задержка  при передаче кадра измеряется как время, прошедшее с момента прихода первого байта кадра на входной порт коммутатора до момента появления этого байта на выходном порту коммутатора. Задержка складывается из времени, затрачиваемого на буферизацию кадра, а также времени, затрачиваемого на обработку кадра коммутатором - просмотр адресной таблицы, принятие решения о фильтрации или продвижении и получения доступа к среде выходного порта. Величина вносимой коммутатором задержки зависит от режима его работы. Если коммутация осуществляется "на лету", то задержки обычно невелики и составляют от 10 мкс до 40 мкс, а при коммутации с промежуточным хранением - от 50 мкс до 200 мкс (для кадров минимальной длины).

3. Скорость продвижения кадров по сети

 

       Скорость  передвижения кадров по сети - это одна из основных характеристик производительности коммутатора. Эта характеристика  не зависит от того, каким образом технически реализован коммутатор, измеряется данная характеристика в кадрах в секунду. Скорость продвижения определяет скорость, с которой коммутатор выполняет следующие этапы обработки кадров:

       - прием кадра в свой буфер,

       - просмотр адресной таблицы с целью нахождения порта для адреса назначения кадра,

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

4. Скорость  фильтрации

 

       Скорость  фильтрации  - это одна из основных характеристик производительности коммутатора. Эта характеристика  не зависит от того, каким образом технически реализован коммутатор, измеряется данная характеристика в кадрах в секунду. Скорость фильтрации определяет скорость, с которой коммутатор выполняет следующие этапы обработки кадров:

       - прием кадра в свой буфер,

       - просмотр адресной таблицы с целью нахождения порта для адреса назначения кадра,

       - уничтожение кадра, так как его порт назначения совпадает с портом-источником. 
 
 
 
 

       Заключение 

       Изучение  сетевых коммутаторов, позволило сделать ряд выводов. Этому способствовало изучение их назначения и принципа работы, особенностей и характеристик данного оборудования и анализ перспектив развития коммутаторов при построении локальных сетей с его использованием.

       Во-первых, при появлении быстрых протоколов, производительных персональных компьютеров, разделении сети на большое количество сегментов, нужно было решить проблему по локализации трафика между сегментами. Первоначальными устройствами, предназначенными для логической структуризации сети, являлись мосты, обрабатывающие поток данных с помощью одного процессора. Поэтому появление коммутаторов стало оптимальным решением при локализации трафика. Вследствие обработки потока данных с помощью нескольких процессоров.

       Во-вторых, развитие функционирования и повышение универсальности коммутаторов, позволило этим устройствам занять более высокие позиции при проектировании локальных сетей.

       В ходе выполнения данной курсовой работы были раскрыты следующие поставленные задачи: рассмотрено понятие коммутатора, раскрыта сущность принципа работы, цель и роль его применения в работе локальных сетей; рассмотрены различные классификации и характеристики данного устройства; проанализироны актуальность и перспектива использования коммутаторов при организации локальных сетей. Таким образом, поставленные задачи курсовой работы выполнены и цель достигнута.

       Данная  курсовая работа может быть использована при построении локальных сетей с целью изучения сетевого устройства коммутатор. 
 
 
 
 

       Список использованных источников 

       

1. Олифер  В.Г. Компьютерные сети / В.Г. Олифер – СПб.: Питер, 2007. – 251 с.
2. Олифер В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. 4-е изд. / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер – СПб.: Питер, 2007. – с.251.
3. Максимов Н.В. Компьютерные сети: учебное пособие / Н.В.Максимов – Ростов н/Д: Феникс, 2004. - 336 с.
4. Поляк-Брагинский А.В. Сеть своими руками / А.В. Поляк-Брагинский – М.: Форум, 1999. - 458 с.
5. Кузин А.В. Компьютерные сети: учебное пособие. 2-е изд. / А.В.Кузин, – М.: Форум, 2008. – 192 с.
6. Таненбаум Э. Компьютерные сети. – 3-е изд. / Э. Таненбаум – СПб,: Питер, 2002. – 848 с.
7. Задорожный С.С. Сетевое оборудование компьютерных сетей / С.С. Задорожный, Н.Н. Мартынов – М.: Инфра-М, 2010. - 192 с.
8. Борисенко А.А. Локальная сеть. Просто как дважды два / А.А. Борисенко – СПб.: Питер, 2007. - 287 с.
9. Анкудинов Г.И. Сети ЭВМ и телекоммуникации. Архитектура и протоколы: учебное пособие / Г.И. Анкудинов, А.И. Стрижаченко – СПб.: Питер, 2001. - 336 с.
10. Минаев И.Я. Локальная сеть своими руками. 100% самоучитель / И.Я.Минаев - М.: Академия, 2004. - 368 с.
11. Соколов Н.А. Сеть для дома и офиса / Н.А. Соколов - М.: Форум, 1999. - 218 с.
12. Гаранин М.В. Системы и сети передачи информации / М.В. Гаранин, В.И. Журавлев, С.В. Кунегин - СПб.: Питер, 2001. – с.336.
13. Семенов А.Б. Администрирование структурированных кабельных систем / А.Б. Семенов - М.: Инфра-М, 2009. - 192 с.
14. Леонов И.В. Коммутаторы в сетях / И.В. Леонов - М.: Аспект-Пресс, 2003. – с.158.