Характеристика сетевого оборудования ЛКС

Коммутатор Ethernet 10 Mbps может  обеспечить высокую пропускную способность  при условии организации одновременных  соединений между всеми парами портов. Однако, в реальной жизни трафик обычно представляет собой ситуацию "один ко многим" (например, множество пользователей сети обращается к ресурсам одного сервера). Ватакихаслучаяхапропускнаяаспособностьакоммутаторааванашемапримереанеабудетапревышатьа10аMbps,аиакоммутаторанеаобеспечитасущественногоапреимуществаапоасравнениюасаобычнымаконцентраторома(повторителем).а

Рисунок 6.- A, B и D передают данные узлу C

Наарисункеа6атриаузлааA,аBаиаDапередаютаданныеаузлуаC.аКоммутаторасохраняетапакетыаотаузловаAаиаBавасвоейапамятиадоатехапор,апокаанеазавершитсяапередачаапакетааизаузлааD.аПослеазавершенияапередачиапакетаакоммутатораначинаетапередаватьахранящиесяавапамятиапакетыаотаузловаAаиаB.аВаданномаслучаеапропускнаяаспособностьакоммутаторааопределяетсяаполосойаканалааCа(ваданномаслучаеа10аMbps).аОписаннаяаваданномапримереаситуацияаявляетсяадругойаформойаблокировки.а

Производительность коммутатора

Другим важным параметром коммутатора является его производительность. Для того, чтобы охарактеризовать ее используются несколько параметров:

1. скорость передачи между портами
2. общая пропускная способность
3. задержка

При полосе 10 Mbps Ethernet может передавать 14880 пакетов в секунду (PPS) для пакетов минимального размера (64 байта). Этот параметр определяется свойствами среды. Коммутатор,акоторыйаспособенаобеспечитьаскоростьа14880аPPSамеждуапортами,аполностьюаиспользуетавозможностиасреды.аПолосаапропусканияасредыаявляетсяаважнымапараметром,апосколькуакоммутатор,аобеспечивающийапередачуапакетовасатакойаскоростью,аполностьюаиспользуетавозможностиасреды,апредоставляяапользователямамаксимальнуюаполосу.а

Измеренная в Mbps или PPS, общая пропускная способность характеризует максимальную скорость, с которой пакеты могут передаваться через коммутатор адресатам. В коммутаторах, все порты которых имеют полосу 10 Mbps суммарная пропускная способность равна скорости порта, умноженной на число виртуальных соединений, которые могут существовать одновременно (число портов коммутатора, поделенное на 2). Коммутатор, способный обеспечивать максимальную скорость передачи не имеет внутренней блокировки.

Задержкаааэтоапромежутокавремениамеждуаполучениемапакетааотаотправителяаиапередачейаегоаполучателю.аОбычноазадержкуаизмеряютаотносительноапервогоабитаапакета.а

Коммутаторы Ethernet могут  обеспечивать очень низкую задержку после того, как будет определен  адресат. Поскольку адрес получателя размещается в начале пакета, передачу можно начать до того, как пакет будет полностью принят от отправителя. Такой метод называется коммутацией на лету (cut-through) и обеспечивает минимальную задержку. Малая задержка важна, поскольку с ней непосредственно связана производительность коммутатора. Однако метод коммутации на лету не проверяет пакеты на предмет ошибок.

При таком способе  коммутатор передает все пакеты (даже те, которые содержат ошибки). Например, при возникновении коллизии после  начала передачи пакета (адрес уже получен) полученныйафрагментавсеаравноабудетапереданаадресату.аПередачаатакихафрагментовазанимаетачастьаполосыаканалааиаснижаетаобщуюапроизводительностьакоммутатора.а

При передаче пакетов  из низкоскоростного порта в высокоскоростной (например, из порта 10 Mbps в порт 100 Mbps) коммутацию на лету использовать вообще невозможно. Посколькуапорт-приемникаимеетабольшуюаскорость,анежелиапередатчик,априаиспользованииакоммутациианаалетуанеизбежноавозникнутаошибки.аПриаорганизацииавиртуальногоасоединенияамеждуапортамиасаразнойаскоростьюатребуетсяабуферизацияапакетов.а

Малаяазадержкааповышаетапроизводительностьасетей,авакоторыхаданныеапередаютсяававидеапоследовательностиаотдельныхапакетов,акаждыйаизакоторыхасодержитаадресаполучателя.аВасетях,агдеаданныеапередаютсяаваформеапоследовательностиапакетовасаорганизациейавиртуальногоаканала,амалаяазадержкааменьшеавлияетанаапроизводительность.а

 

2 Сравнение сетевых  устройств

 

2.1 Повторители

 

Повторители Ethernet, контексте  сетей 10Base-T часто называемые концентраторами или хабами, работают в соответствии со стандартом IEEE 802.3. Повторитель просто передает полученные пакеты во все свои порты независимо от адресата.

Хотя все устройства, подключенные к повторителю Ethernet (включая  другие повторители) "видят" весь сетевой трафик, получить пакет должен только тот узел, которому он адресован. Все остальные узлы должны игнорировать этот пакет. некоторые сетевые устройства (например, анализаторы протоколов) работают на основе того, что сетевая среда (типа Ethernet) является общедоступной и анализируют весь сетевой трафик. Дляанекоторыхасред,аоднако,аспособностьакаждогоаузлаавидетьавсеапакетыанеприемлемаапоасоображениямабезопасности.

Саточкиазренияапроизводительностиаповторителиапростоапередаютапакетыасаиспользованиемавсейаполосыаканала. Задержка, вносимая повторителем весьма мала (в соответствии с IEEE 802.3 - менее 3 микросекунд). Сети, содержащие повторители имеют полосу 10 Mbps подобно сегменту на основе коаксиального кабеля и прозрачны для большинства сетевых протоколов, таких как TCP/IP и IPX.

Мосты

Мосты функционируют  в соответствии со стандартом IEEE 802.1d. Подобно коммутаторам Ethernet мосты  не зависят от протокола и передают пакеты порту, к которому подключен  адресат. Однако,аваотличиеаотабольшинстваакоммутатороваEthernet,амостыанеапередаютафрагментыапакетоваприавозникновенииаколлизийаиапакетыасаошибками,апосколькуавсеапакетыабуферизуютсяапередаихапересылкойавапортаадресата.аБуферизацияапакетова(store-and-forward) приводит к возникновению задержки по сравнению с коммутацией на лету. Мосты могут обеспечивать производительность, равную пропускной способности среды, однако внутренняя блокировка несколько снижает скорость их работы.

 

2.2 Маршрутизаторы

 

Работаамаршрутизаторовазависитаотасетевыхапротоколоваиаопределяетсяасвязаннойасапротоколомаинформацией,апередаваемойавапакете.аПодобноамостам,амаршрутизаторыанеапередаютаадресатуафрагментыапакетоваприавозникновенииаколлизий.аМаршрутизаторыасохраняютапакетацеликомавасвоейапамятиапрежде,ачемапередатьаегоаадресату,аследовательно,априаиспользованииамаршрутизаторовапакетыапередаютсяасазадержкой.аМаршрутизаторыамогутаобеспечиватьаполосу,аравнуюапропускнойаспособностиаканала,аоднакоадляанихахарактерноаналичиеавнутреннейаблокировки.аВаотличиеаотаповторителей,амостоваиакоммутаторовамаршрутизаторыаизменяютавсеапередаваемыеапакеты.а

 

2.3 Резюме

 

Таблица 2.- Основные различия между сетевыми устройствами ¹

Характеристика	Повторитель Ethernet	Коммутатор Ethernet	Мост	Маршрутизатор
Стоимость порта	$75 - $200	$250 - $2000	$1000 - $3000	$1000 - $5000
Скорость передачи между  портами	Скорость среды во всех случаях	До скорости передачи среды	До скорости передачи среды	До скорости передачи среды
Суммарная полоса	10 Мбит/сек	Высокая	Высокая	Высокая
Задержка при передаче между портами Ethernet	< 3 мксек  (коммутация на лету)	< 40 мксек  (для устройств с буферизацией  зависит от размера пакета)	50 - 1500 мксек	50 - 1500 мксек  (в зависимости от протокола  задержка может возрастать)
Решение о передаче на основе аппаратных адресов	-	+	+	-
Независимость от протокола	+	+	+	-
Изменение пакетов Ethernet	-	-	-	+
Стандарт IEEE	802.3		802.1

 

 

3 Классы и применения коммутаторов Ethernet

 

3.1 Преимущества  коммутаторов Ethernet

 

Хотяавсеакоммутаторыаимеютамногоаобщего,ацелесообразноаразделитьаиханаадваакласса,апредназначенныхадляарешенияаразныхазадач.аКоммутаторыадляарабочихагруппаобеспечиваютавыделеннуюаполосуаприасоединенииалюбойапарыаузлов,аподключенныхакапортамакоммутатора.аЕслиапортыаимеютаодинаковуюаскорость,аполучательапакетаадолженабытьасвободен,ачтобыанеавозниклоаблокировки.а

Поддерживая на каждый порт по крайней мере то число адресов, которые могут присутствовать в сегменте, коммутатор обеспечивает для каждого порта выделенную полосу 10 Mbps. Каждый порт коммутатора связан с уникальным адресом подключенного к данному порту устройства Ethernet.

Рисунок 7.- Точка-точка

 

Физическое соединение "точка-точка" между коммутаторами  рабочих групп и узлами 10Base-T обычно выполняется неэкранированным кабелем  на основе скрученных пар, а в узлах  сети устанавливается оборудование, соответствующее стандарту 10Base-T.

Коммутаторы рабочих  групп могут работать со скоростью 10 или 100 Mbps для различных портов. Такая возможность снижает уровень  блокировки при попытке организации  нескольких соединений клиентов 10 Mbps с одним скоростным портом. В рабочих группах с архитектурой клиент-сервер несколько клиентов 10 Mbps могут обращаться к серверу, подключенному к порту 100 Mbps. В показанном на рисунке 8 примере три узла 10 Mbps одновременно обращаются к серверу через порт 100 Mbps. Из полосы 100 Mbps, доступной для доступа к серверу, используется 30 Mbps, а 70 Mbps доступно для одновременного подключения к серверу еще семи устройств 10 Mbps через виртуальные каналы.

Рисунок 8.- 100Base-T

 

Поддержка различных  скоростей полезна также для  объединения групповых коммутаторов Ethernet с использованием концентраторов 100 Mbps Fast Ethernet (100Base-T) в качестве локальных  магистралей (local backbone). В показанной на рисунке 9 конфигурации коммутаторы, поддерживающие скорости 10 Mbps и 100 Mbps подключены к концентратору 100 Mbps. Локальный трафик остается в пределах рабочей группы, а остальной трафик передается в сеть через концентратор 100 Mbps Ethernet.

Рисунок 9.- Повторитель подключен к большому числу адресов

 

Для подключения к  повторителю 10 или 100 Mbps коммутатор должен иметь порт, способный работать с большим числом адресов Ethernet.

Основнымапреимуществомакоммутаторовадляарабочихагруппаявляетсяавысокаяапроизводительностьасетианаауровнеарабочейагруппыазаасчетапредоставленияакаждомуапользователюавыделеннойаполосыаканалаа(10 Mbps). Кроме того, коммутаторы снижают (в пределе до нуля) количествоаколлизийа-аваотличиеаотамагистральныхакоммутаторов,аописанныханиже,акоммутаторыарабочихагрупп,анеабудутапередаватьаколлизионныеафрагментыаадресатам.аКоммутаторыадляарабочихагруппапозволяютаполностьюасохранитьасетевуюаинфраструктуруасоастороныаклиентов,авключаяапрограммы,асетевыеаадаптеры,акабели.аСтоимостьакоммутаторовадляарабочихагруппаварасчетеанааодинапортасегодняасравнимаасаценамиапортовауправляемыхаконцентраторов.

МагистральныеакоммутаторыаобеспечиваютасоединениеасоаскоростьюапередачиасредыамеждуапаройанезанятыхасегментоваEthernet. Если скорость портов для отправителя и получателя совпадают, сегмент получателя должен быть свободен во избежание блокировки.

Рисунок 10.- Каждый узел разделяет полосу 10 Mbps

 

На уровне рабочей  группы каждый узел разделяет полосу 10 Mbps с другими узлами в том  же сегменте. Пакет, адресованный за пределы  данной группы, будет передан магистральным коммутатором как показано на рисунке 10. Магистральныйакоммутатораобеспечиваетаодновременнуюапередачуапакетовасоаскоростьюасредыамеждуалюбымиапарамиасвоихапортов.аПодобноакоммутаторамадляарабочихагрупп,амагистральныеакоммутаторыамогутаподдерживатьаразличнуюаскоростьадляасвоихапортов.аМагистральныеакоммутаторыамогутаработатьасасегментамиа10Base-T и сегментами на основе коаксиального кабеля. Вабольшинствеаслучаеваиспользованиеамагистральныхакоммутатороваобеспечиваетаболееапростойаиаэффективныйаспособаповышенияапроизводительностиасетиапоасравнениюасамаршрутизаторамиаиамостами.а

Рисунок 11.- Маршрутизаторы и мосты

 

Основныманедостаткомаприаработеасамагистральнымиакоммутаторамиаявляетсяато,ачтоанаауровнеарабочихагруппапользователиаработаютасаразделяемойасредой,аеслиаониаподключеныакасегментам,аорганизованныманааосновеаповторителейаилиакоаксиальногоакабеля.аБолееатого,авремяаоткликаанаауровнеарабочейагруппыаможетабытьадостаточноабольшим.аВаотличиеаотаузлов,аподключенныхакапортамакоммутатора,адляаузлов,анаходящихсяавасегментаха10Base-T или сегментах на основе коаксиального кабеля полоса 10 Mbps не гарантируется и они зачастую вынуждены ждать, пока другие узлы не закончат передачу своих пакетов. На уровне рабочей группы по прежнему сохраняются коллизии, а фрагменты пакетов с ошибками будут пересылаться во все сети, подключенные к магистрали. Перечисленных недостатков можно избежать, если на уровне рабочих групп использовать коммутаторы взамен хабов 10Base-T. В большинстве ресурсоемких приложений коммутатор 100 Mbps может выполнять роль скоростной магистрали для коммутаторов рабочих групп с портами 10 и 100 Mbps, концентраторами 100 Mbps и серверами, в которых установлены адаптеры Ethernet 100 Mbps. ¹