Класове Ethernet комутатори. Сравнение на мрежови устройства

Основни характеристики на превключвателите

Производителността на комутатора е това, което мрежовите интегратори и администратори очакват от това устройство на първо място.

Основните показатели на превключвателя, които характеризират неговата производителност, са:

скорост на филтриране на рамката;
скоростта на популяризиране на рамки;
обща пропускателна способност;
забавяне на предаването на кадри.

Скорост на филтриране

Получаване на кадър в неговия буфер;

Преглед на адресната таблица, за да изберете порта на дестинацията за рамката;

Унищожаване на рамка, тъй като портът на дестинацията и портът източник принадлежат към един и същ логически сегмент.

Скоростта на филтриране на почти всички превключватели е неблокираща - превключвателят има време да пуска кадри със скоростта на тяхното пристигане.

Скорост на пренасочванеопределя скоростта, с която превключвателят изпълнява следните стъпки за обработка на кадри:

Получаване на кадър в неговия буфер;

търсене на адресната таблица, за да се намери порта за адреса на местоназначението на рамката;

· предаване на кадър към мрежата през порта на дестинацията, намиращ се в таблицата с адреси.

Както скоростта на филтриране, така и скоростта на напредване обикновено се измерват в кадри в секунда. По подразбиране това са рамки на Ethernet протокол с минимална дължина (64 байта без преамбюл). Такива рамки създават най-тежкия режим на работа за превключвателя.

Честотна лентакомутаторът се променя от количеството потребителски данни (в мегабити в секунда), предавани за единица време през неговите портове.

Максималната стойност на пропускателната способност на превключвателя винаги се достига на кадрите с максимална дължина. Следователно превключвателят може да блокира кадрите с минимална дължина, но все пак да има много добра производителност.

Закъснение на кадрасе измерва като времето, изминало от момента, в който първият байт от рамката пристигне на входния порт на превключвателя до момента, в който този байт се появи на неговия изходен порт.

Размерът на закъснението, въведено от превключвателя, зависи от режима на неговата работа. Ако превключването се извършва "в движение", тогава закъсненията обикновено са малки и варират от 5 до 40 µs, а при буфериране на пълен кадър - от 50 до 200 µs (за кадри с минимална дължина).

Превключване в движение и напълно буферирано превключване

По време на превключване в движение част от рамката, съдържаща адреса на дестинацията, се получава във входния буфер, взема се решение за филтриране или повторно предаване на рамката към друг порт и ако изходният порт е свободен, тогава рамката е незабавно се прехвърля, докато останалата част продължава да влиза във входния буфер. Ако изходният порт е зает, тогава рамката е напълно буферирана във входния буфер на приемащия порт. Недостатъците на този метод включват факта, че комутаторът предава грешни кадри за предаване, тъй като когато е възможно да се анализира края на кадъра, неговото начало вече ще бъде прехвърлено в друга подмрежа. А това води до загуба на полезно време на мрежата.

Пълното буфериране на получените пакети, разбира се, въвежда голямо забавяне в предаването на данни, но комутаторът има възможността да анализира напълно и, ако е необходимо, да преобразува получения пакет.

Таблица 6.1 изброява характеристиките на превключвателите при работа в два режима.

Таблица.6.1 Сравнителни характеристики на превключвателите при работа в различни режими

Въпреки че всички превключватели имат много общо, има смисъл да ги разделите на два класа, предназначени за решаване на различни проблеми.

Превключватели за работни групи

Превключвателите на работните групи осигуряват специална честотна лента при свързване на която и да е двойка възли, свързани към портовете на комутатора. Ако портовете имат еднаква скорост, получателят на пакета трябва да е свободен, за да избегне блокиране.

Като поддържа поне толкова адреси на порт, колкото могат да присъстват в сегмент, комутаторът осигурява 10 Mbps специална честотна лента на порт. Всеки порт за комутатор е свързан с уникален адрес на Ethernet устройството, свързано към този порт.

Физическата връзка от точка до точка между комутаторите на работните групи и възлите 10Base-T обикновено се осъществява с неекраниран кабел с усукана двойка, а 10Base-T съвместимото оборудване е инсталирано на мрежовите възли.

Превключвателите на работните групи могат да работят при 10 или 100 Mbps за различни портове. Тази функция намалява нивото на блокиране при опит за установяване на множество 10 Mbps клиентски връзки на един и същ високоскоростен порт. В работни групи клиент-сървър множество клиенти със скорост 10 Mbps имат достъп до сървър, свързан към 100 Mbps порт. В примера, показан на фигура 8, три 10 Mbps възела имат достъп до сървъра по едно и също време на 100 Mbps порт. От 100 Mbps честотна лента, налична за достъп до сървъра, се използват 30 Mbps, а 70 Mbps са налични за едновременно свързване на още седем устройства с 10 Mbps към сървъра чрез виртуални вериги.

Поддръжката на много скорости е полезна и за групиране на Ethernet комутатори, използващи 100 Mbps Fast Ethernet (100Base-T) концентратори като локални гръбнаци. В конфигурацията, показана на фигура 9, 10 Mbps и 100 Mbps комутатори са свързани към 100 Mbps хъб. Локалният трафик остава в рамките на работната група, а останалата част от трафика се изпраща към мрежата през 100 Mbps Ethernet хъб.

За да се свърже с 10 или 100 Mbps повторител, комутаторът трябва да има порт, способен да обработва голям брой Ethernet адреси.

Основното предимство на комутаторите за работни групи е високата производителност на мрежата на ниво работна група, като предоставя на всеки потребител специална честотна лента на канала (10 Mbps). В допълнение, превключвателите намаляват (до нула) броя на сблъсъците - за разлика от описаните по-долу превключватели на гръбнака, превключвателите на работните групи няма да предават фрагменти от сблъсък на получателите. Превключвателите на работните групи ви позволяват напълно да запазите мрежовата инфраструктура от страна на клиента, включително програми, мрежови адаптери, кабели. Цената на превключвателите за работни групи на порт днес е сравнима с управляваните портове на концентратора.

Гръбначни превключватели

Гръбначните комутатори осигуряват връзка със средна скорост между двойка празни Ethernet сегменти. Ако скоростите на порта за изпращача и получателя са еднакви, сегментът на местоназначението трябва да е свободен, за да се избегне блокиране.

На ниво работна група всеки възел споделя 10 Mbps честотна лента с други възли в същия сегмент. Пакет, предназначен извън тази група, ще бъде препратен от основния комутатор, както е показано на Фигура 10. Гръбначният комутатор осигурява едновременно предаване на пакети със скоростта на медиите между всяка двойка от неговите портове. Подобно на комутаторите за работни групи, гръбначните комутатори могат да поддържат различни скорости за своите портове. Гръбначните комутатори могат да работят с 10Base-T сегменти и сегменти, базирани на коаксиален кабел. В повечето случаи гръбначните комутатори осигуряват по-лесен и по-ефективен начин за подобряване на производителността на мрежата от рутерите и мостовете.

Основният недостатък при работа с гръбначни комутатори е, че на ниво работна група потребителите работят със споделена среда, ако са свързани към сегменти, организирани на базата на повторители или коаксиален кабел. Освен това времето за реакция на ниво работна група може да бъде доста дълго. За разлика от хостовете, свързани към комутационни портове, хостовете на 10Base-T или коаксиални сегменти не са гарантирани 10 Mbps честотна лента и често трябва да чакат, докато други хостове приключат предаването на своите пакети. На ниво работна група сблъсъците все още се запазват и фрагменти от пакети с грешки ще се препращат към всички мрежи, свързани към гръбнака. Тези недостатъци могат да бъдат избегнати, ако превключвателите се използват на ниво работна група вместо 10Base-T концентратори. В повечето ресурсоемки приложения 100 Mbps комутатор може да действа като високоскоростен гръбнак за комутатори на работни групи с 10 и 100 Mbps портове, 100 Mbps концентратори и сървъри, които имат инсталирани 100 Mbps Ethernet адаптери.

Сравнение на функции

Основните свойства на Ethernet комутаторите са показани в таблицата:

Предимства на Ethernet комутаторите

Основните предимства на използването на Ethernet превключватели са изброени по-долу:
Увеличете производителността с високоскоростни връзки между Ethernet сегменти (гръбначни комутатори) или мрежови възли (превключватели на работни групи). За разлика от споделената Ethernet среда, комутаторите позволяват нарастване на интегрираната производителност с добавянето на потребители или сегменти към мрежата.
Намалени сблъсъци, особено когато всеки потребител е свързан към различен порт за комутатор.
Намалете разходите за мигриране от споделена към комутирана среда, като запазите съществуващата 10 Mbps Ethernet инфраструктура (кабели, адаптери, софтуер).
Увеличете сигурността, като препращате пакети само към порта, към който е свързана дестинацията.
Ниска и предвидима латентност поради факта, че лентата се споделя от малък брой потребители (в идеалния случай един).

Сравнение на мрежови устройства

Повторители

Ethernet повторителите, в контекста на 10Base-T мрежи, често наричани хъбове или концентратори, работят в съответствие със стандарта IEEE 802.3. Ретранслаторът просто препраща получените пакети до всички свои портове, независимо от местоназначението.

Въпреки че всички устройства, свързани към Ethernet повторителя (включително други повторители), "виждат" целия мрежов трафик, само възелът, към който е адресиран, трябва да получи пакета. Всички останали възли трябва да игнорират този пакет. някои мрежови устройства (например анализатори на протоколи) работят въз основа на това, че мрежовата среда (като Ethernet) е публична и анализират целия мрежов трафик. За някои среди обаче способността на всеки възел да вижда всички пакети е неприемлива от съображения за сигурност.

От гледна точка на производителността, повторителите просто предават пакети, използвайки цялата честотна лента на връзката. Закъснението, въведено от повторителя, е много малко (в съответствие с IEEE 802.3 - по-малко от 3 микросекунди). Мрежите, съдържащи ретранслатори, имат 10 Mbps честотна лента като сегмент от коаксиален кабел и са прозрачни за повечето мрежови протоколи като TCP/IP и IPX.

Мостове

Мостовете работят в съответствие със стандарта IEEE 802.1d. Подобно на Ethernet комутаторите, мостовете са независими от протокола и препращат пакети към порта, към който е свързана дестинацията. Въпреки това, за разлика от повечето Ethernet комутатори, мостовете не препращат фрагменти от пакети при сблъсъци или пакети с грешки, тъй като всички пакети се буферират, преди да бъдат препратени към порта на местоназначението. Буферирането на пакети (запазване и препращане) въвежда латентност в сравнение с превключването в движение. Мостовете могат да осигурят производителност, равна на пропускателната способност на средата, но вътрешното блокиране ги забавя донякъде.

Рутери

Работата на рутерите зависи от мрежовите протоколи и се определя от свързаната с протокола информация, пренасяна в пакета. Подобно на мостовете, рутерите не препращат фрагменти от пакети до местоназначението, когато възникнат сблъсъци. Маршрутизаторите съхраняват целия пакет в паметта си, преди да го препратят до местоназначението, следователно, когато използвате рутери, пакетите се предават със закъснение. Маршрутизаторите могат да предоставят честотна лента, равна на честотната лента на връзката, но се характеризират с наличието на вътрешно блокиране. За разлика от повторителите, мостовете и комутаторите, рутерите променят всички предавани пакети.

Резюме

Основните разлики между мрежовите устройства са показани в Таблица 2.

производителност, са:

скорост на филтриране на рамката;
скоростта на популяризиране на рамки;
пропускателна способност;
забавяне на предаванетокадър.

Освен това има няколко характеристики на превключвателя, които оказват най-голямо влияние върху тези характеристики на работата. Те включват:

тип превключване;
размерът на буфера(ите) на рамката;
производителност на превключващата матрица;
производителността на процесора или процесорите;
размерът превключващи маси.

Скорост на филтриране и скорост на напредване на кадрите

Скоростта на филтриране и напредването на рамката са двете основни характеристики на превключвателя. Тези характеристики са интегрални индикатори и не зависят от това как е технически изпълнен превключвателят.

Скорост на филтриране

получаване на кадър в неговия буфер;
отхвърляне на кадър, ако в него се открие грешка (контролната сума не съвпада или рамката е по-малка от 64 байта или повече от 1518 байта);
пускане на рамка, за да се избегнат цикли в мрежата;
пускане на рамка в съответствие с филтрите, конфигурирани на порта;
изглед превключващи масиза да потърсите порта на дестинацията въз основа на MAC адреса на дестинацията на рамката и да изхвърлите рамката, ако източникът и местоназначението на рамката са свързани към един и същ порт.

Скоростта на филтриране на почти всички превключватели е неблокираща - превключвателят успява да пуска кадри със скоростта на тяхното пристигане.

получаване на кадър в неговия буфер;
изглед превключващи масиза да се намери порта на местоназначението въз основа на MAC адреса на получателя на рамката;
предаване на кадри към мрежата чрез намерения софтуер превключваща масапристанище на местоназначение.

Както скоростта на филтриране, така и скоростта на напредване обикновено се измерват в кадри в секунда. Ако характеристиките на превключвателя не уточняват за кой протокол и за кой размер на рамката са дадени стойностите на скоростите на филтриране и пренасочване, тогава по подразбиране се счита, че тези индикатори са дадени за Ethernet протокола и кадрите на минимален размер, тоест рамки с дължина 64 байта (без преамбюл) с поле за данни от 46 байта. Използването на кадри с минимална дължина като основен индикатор за скоростта на обработка от превключвателя се обяснява с факта, че такива кадри винаги създават най-трудния режим на работа за превключвателя в сравнение с кадри от различен формат с еднаква пропускателна способност на предаваните потребителски данни . Следователно, при тестване на превключвател, режимът на минималната дължина на рамката се използва като най-трудния тест, който трябва да провери способността на превключвателя да работи с най-лошата комбинация от параметри на трафика.

Превключване на честотната лента (пропускателна способност)се измерва чрез количеството потребителски данни (в мегабити или гигабити в секунда), предавани за единица време през неговите портове. Тъй като комутаторът работи на слоя на връзката, за него потребителските данни са данните, които се пренасят в полето за данни на кадрите на протоколите на свързващия слой - Ethernet, Fast Ethernet и др. Винаги се достига максималната стойност на пропускателната способност на комутатора върху кадри с максимална дължина, тъй като когато В този случай делът на режийните разходи за режийните разходи на рамката е много по-нисък, отколкото за кадри с минимална дължина, а времето за извършване на операции за обработка на кадри на превключвателя на един байт потребителска информация е значително по-малко. Следователно превключвателят може да блокира за минималната дължина на рамката, но въпреки това да има много добра производителност.

Закъснение при предаване на кадър (закъснение напред)се измерва като времето, изминало от момента, в който първият байт от рамката пристигне на входния порт на превключвателя до момента, в който този байт се появи на неговия изходен порт. Закъснението е сумата от времето, прекарано в буфериране на байтовете на кадъра, както и времето, прекарано в обработка на кадъра от превключвателя, а именно гледане превключващи маси, вземане на решение за препращане и получаване на достъп до средата на изходния порт.

Размерът на закъснението, въведено от превключвателя, зависи от използвания в него метод на превключване. Ако превключването се извършва без буфериране, тогава закъсненията обикновено са малки и варират от 5 до 40 µs, а при буфериране на пълен кадър - от 50 до 200 µs (за кадри с минимална дължина).

Размер на таблицата за превключване

Максимален капацитет превключващи масидефинира максималния брой MAC адреси, с които комутаторът може да работи едновременно. AT превключваща масаза всеки порт могат да се съхраняват както динамично научени MAC адреси, така и статични MAC адреси, създадени от мрежовия администратор.

Стойността на максималния брой MAC адреси, които могат да бъдат съхранени превключваща маса, зависи от приложението на превключвателя. Превключвателите на D-Link за работни групи и малки офиси обикновено поддържат таблица с MAC адреси от 1K до 8K. Големите комутатори за работни групи поддържат 8K до 16K MAC адресни таблици, а мрежовите гръбначни комутатори обикновено поддържат 16K до 64K адреси или повече.

Недостатъчен капацитет превключващи масиможе да доведе до забавяне на превключвателя и запушване на мрежата с излишен трафик. Ако таблицата за превключване е пълна и портът срещне нов изходен MAC адрес във входящ кадър, комутаторът няма да може да го обслужи. В този случай рамката за отговор към този MAC адрес ще бъде изпратена през всички портове (с изключение на порта източник), т.е. ще предизвика наводнения.

Размер на буфера на рамката

За осигуряване на временно съхранение на кадри в случаите, когато те не могат да бъдат незабавно прехвърлени към изходния порт, ключовете, в зависимост от внедрената архитектура, са оборудвани с буфери на входните, изходните портове или общ буфер за всички портове. Размерът на буфера влияе както на забавянето на кадрите, така и на скоростта на загуба на пакети. Следователно, колкото по-голям е обемът на буферната памет, толкова по-малка е вероятността да загуби кадри.

Обикновено превключвателите, проектирани да работят в критични части на мрежата, имат буферна памет от няколко десетки или стотици килобайта на порт. Буферът, общ за всички портове, обикновено е с размер от няколко мегабайта.

Темата за гигабитовия достъп става все по-актуална, особено сега, когато конкуренцията расте, ARPU пада и тарифите дори от 100 Mbps вече не са изненадващи. Отдавна обмисляхме въпроса за преминаването към гигабитов достъп. Отблъснат от цената на оборудването и търговската приложимост. Но конкурентите не спят и когато дори Ростелеком започна да предоставя тарифи над 100 Mbps, разбрахме, че не можем да чакаме повече. Освен това цената за гигабитов порт е паднала значително и стана просто неизгодно да се инсталира FastEthernet комутатор, който след няколко години все пак ще трябва да бъде променен на гигабитов. Затова те започнаха да избират гигабитов комутатор за използване на ниво достъп.

Разгледахме различни модели гигабитови комутатори и се спряхме на два, които са най-подходящи по отношение на параметрите и в същото време отговарят на очакванията ни за бюджета. Това са Dlink DGS-1210-28ME и .

Кадър

Корпусът на SNR е изработен от дебел, издръжлив метал, което го прави по-тежък от "конкурента". D-връзката е изработена от тънка стомана, което му позволява спестяване на тегло. Това обаче го прави по-податлив на външни влияния поради по-ниската му якост.

D-link е по-компактен: неговата дълбочина е 14 см, докато тази на SNR е 23 см. SNR конекторът за захранване е разположен отпред, което несъмнено улеснява монтажа.

Захранвания

D-link захранване

SNR захранване

Въпреки факта, че захранванията са много сходни, все пак открихме разлики. Захранването на D-link е направено икономично, може би дори прекалено - няма лаково покритие на платката, защитата от смущения на входа и изхода е минимална. В резултат на това, според Dlink, има опасения, че тези нюанси ще повлияят на чувствителността на превключвателя към пренапрежения на тока и работата при променлива влажност и в прашни условия.

Табло за превключване

И двете платки са направени спретнато, няма оплаквания от монтажа, но SNR има по-добър текстолит, а платката е направена по безоловна технология за запояване. Това, разбира се, не е за факта, че SNR съдържа по-малко олово (отколкото не можете да уплашите никого в Русия), а че тези превключватели се произвеждат на по-модерна линия.

Освен това, отново, както в случая на захранванията, D-link спаси върху лак. SNR има лаково покритие на платката.

Очевидно се подразбира, че условията на работа на превключвателите за достъп на D-link трябва да бъдат априори отлични - чисто, сухо, хладно .. добре, както всички останали. ;)

Охлаждане

И двата ключа имат пасивна охладителна система. D-link има по-големи радиатори и това е категоричен плюс. Въпреки това, SNR има свободно пространство между платката и задната стена, което има положителен ефект върху разсейването на топлината. Допълнителен нюанс е наличието на топлоотвеждащи плочи, разположени под чипа, които отвеждат топлината към кутията на превключвателя.

Проведохме малък тест - измерихме температурата на радиатора на чипа при нормални условия:

Превключвателят се поставя на маса при стайна температура 22C,
2 инсталирани SFP модула,
Чакаме 8-10 минути.

Резултатите от теста бяха изненадващи - D-link се нагрява до 72C, докато SNR достига само 63C. Какво ще стане с D-link в плътно опакована кутия през летните горещини, по-добре да не мислите.

Температура на D-link 72 градуса

При SNR 61 C полетът е нормален

мълниезащита

Превключвателите са оборудвани с различни мълниезащитни системи. D-link използва газови ограничители. SNR има варистори. Всеки от тях има своите плюсове и минуси. Времето за реакция на варисторите обаче е по-добро и това осигурява по-добра защита за самия превключвател и свързаните към него абонатни устройства.

Резюме

От D-link има усещане за икономичност на всички компоненти - на захранването, платката, корпуса. Следователно в този случай той създава впечатлението за по-предпочитан продукт за нас.

Тази LAN е изградена върху суичове, така че тази глава обхваща основните характеристики на производителността на комутаторите.

Основните характеристики на превключвателя, които измерват неговата производителност, са:

- скорост на филтриране (филтриране);
- скорост на маршрутизиране (пренасочване);
- честотна лента (пропускателна способност);
- забавяне на предаването на кадра.

- размер на буфера(ите) на рамката;
- производителност на вътрешната шина;
- производителност на процесора или процесорите;
- размер на вътрешната адресна таблица.

Скоростта на филтриране и напредването на рамката са двете основни характеристики на превключвателя. Тези характеристики са интегрални индикатори, те не зависят от това как е технически изпълнен превключвателят.

Скоростта на филтриране определя скоростта, с която превключвателят изпълнява следните стъпки за обработка на кадри:

- получаване на кадър в неговия буфер;
- Унищожаване на рамката, тъй като неговият дестинационен порт е същият като порта източник.

Скоростта напред определя скоростта, с която превключвателят изпълнява следните стъпки за обработка на кадри:

- получаване на кадър в неговия буфер;
- преглед на адресната таблица с цел намиране на порта за адреса на местоназначението на рамката;
- предаване на кадри към мрежата през порта на местоназначението, намерен в адресната таблица.

Използването на кадри с минимална дължина като основен индикатор за скоростта на превключвателя се обяснява с факта, че такива кадри винаги създават най-трудния режим на работа за превключвателя в сравнение с кадри от различен формат с еднаква пропускателна способност на прехвърлените потребителски данни . Следователно, при тестване на превключвател, режимът на минималната дължина на рамката се използва като най-трудния тест, който трябва да провери способността на превключвателя да работи с най-лошата комбинация от параметри на трафика за него. Освен това за пакети с минимална дължина скоростта на филтриране и препращане е на максимална стойност, което е от немалко значение при рекламиране на комутатор.

Пропускателната способност на комутатора се измерва чрез количеството потребителски данни, предавани за единица време през неговите портове. Тъй като комутаторът работи на слоя на връзката, потребителските данни за него са данните, които се пренасят в полето за данни на кадрите на протоколите на свързващия слой - Ethernet, Token Ring, FDDI и др. Максималната стойност на пропускателната способност на превключвателя винаги се постига на кадри с максимална дължина, тъй като в този случай делът на режийните разходи за режийната информация на кадъра е много по-нисък, отколкото за кадри с минимална дължина, а времето за превключване за извършване на операции за обработка на кадри на един байт потребителска информация е значително по-малко.

Зависимостта на пропускателната способност на превключвателя от размера на предаваните кадри е добре илюстрирана от примера на Ethernet протокола, за който при предаване на кадри с минимална дължина се постига скорост на предаване от 14880 кадъра в секунда и пропускателна способност 5,48 Mbps , а при предаване на кадри с максимална дължина, скорост на предаване от 812 кадъра в секунда и честотна лента 9,74 Mbps. Пропускателната способност пада почти наполовина при превключване към кадри с минимална дължина и това е без да се вземе предвид времето, загубено при обработка на кадри от превключвателя.

Закъснението при предаване на кадъра се измерва като времето, изминало от момента, в който първият байт от рамката пристигне на входния порт на превключвателя до момента, в който този байт пристигне в изходния порт на комутатора. Латентността е сумата от времето, прекарано в буфериране на байтовете на рамката, както и времето, прекарано в обработка на рамката от превключвателя – търсене на адресната таблица, вземане на решение дали да се филтрира или препраща, и достъп до носителя на изходния порт.

Размерът на закъснението, въведено от превключвателя, зависи от режима на неговата работа. Ако превключването се извършва "в движение", тогава закъсненията обикновено са малки и варират от 10 µs до 40 µs, а при буфериране на пълен кадър - от 50 µs до 200 µs (за кадри с минимална дължина).

Превключвателят е многопортово устройство, следователно е обичайно да дава всички горепосочени характеристики (с изключение на забавянето на предаването на рамката) в две версии. Първият вариант е общата производителност на комутатора с едновременно предаване на трафик през всичките му портове, вторият вариант е производителността на един порт.

Тъй като при едновременно предаване на трафик от няколко порта има огромен брой опции за трафик, които се различават по размера на кадрите в потока, разпределението на средната интензивност на потоците от кадри между портовете на местоназначението, коефициентите на вариация в интензитета на кадрови потоци и др. и т.н., тогава при сравняване на комутаторите по отношение на производителността е необходимо да се вземе предвид за кой вариант на трафика са получени публикуваните данни за ефективността.

Оценете необходимата обща производителност на превключвателя.

В идеалния случай комутаторът, инсталиран в мрежата, предава кадри между възли, свързани към неговите портове, със скоростта, с която възлите генерират тези кадри, без да въвежда допълнителни закъснения и без да губи нито един кадър. В реалната практика комутаторът винаги въвежда известно забавяне в предаването на кадри и може също да загуби някои кадри, тоест да не ги достави до местоназначението им. Поради различията във вътрешната организация на различните модели комутатори е трудно да се предвиди как даден комутатор ще предава кадри от определен модел на трафик. Най-добрият критерий все още е практиката, когато комутаторът е поставен в реална мрежа, като се измерват въведените от него закъснения и броят на загубените кадри.

В допълнение към пропускателната способност на отделни елементи на превключвателя, като портови процесори или обща шина, производителността на комутатора се влияе от такива параметри като размера на адресната таблица и размера на общия буфер или буферите на отделните портове.

Размер на адресната таблица.

Максималният капацитет на таблицата с адреси определя максималния брой MAC адреси, които комутаторът може да обработва едновременно. Тъй като комутаторите най-често използват специален процесор със собствена памет за съхраняване на екземпляр от адресната таблица за извършване на операциите на всеки порт, размерът на таблицата с адреси за комутатори обикновено се дава за порт. Екземплярите на адресната таблица на различни процесорни модули не съдържат непременно една и съща информация за адреса - най-вероятно няма да има толкова много дублирани адреси, освен ако разпределението на трафика на всеки порт е напълно еднакво вероятно между другите портове. Всеки порт съхранява само наборите от адреси, които наскоро е използвал.

Стойността на максималния брой MAC адреси, които процесорът на порта може да запомни, зависи от приложението на превключвателя. Превключвателите на работните групи обикновено поддържат само няколко адреса на порт, тъй като са проектирани да образуват микросегменти. Превключвателите на отделите трябва да поддържат няколко стотин адреса, а мрежовите гръбначни комутатори до няколко хиляди, обикновено 4K до 8K адреси.

Недостатъчният капацитет на адресната таблица може да забави превключвателя и да наводни мрежата с излишен трафик. Ако адресната таблица на портовия процесор е пълна и срещне нов адрес на източник във входящ пакет, тогава той трябва да изхвърли всеки стар адрес от таблицата и да постави нов на негово място. Самата тази операция ще отнеме известно време от процесора, но основната загуба на производителност ще се наблюдава, когато пристигне рамка с адрес на местоназначение, който трябваше да бъде премахнат от адресната таблица. Тъй като адресът на местоназначението на рамката е неизвестен, комутаторът трябва да препрати рамката към всички останали портове. Тази операция ще създаде ненужна работа за много портови процесори, освен това копията на този кадър ще попаднат и върху онези мрежови сегменти, където са напълно незадължителни.

Някои производители на превключватели решават този проблем, като променят алгоритъма за обработка на кадри с неизвестен адрес на местоназначение. Един от портовете на комутатора е конфигуриран като магистрален порт, към който по подразбиране се изпращат всички кадри с неизвестен адрес. В рутерите тази техника се използва от дълго време, което ви позволява да намалите размера на адресните таблици в мрежи, организирани по йерархичен принцип.

Предаването на рамка към порта на магистрала се основава на факта, че този порт е свързан към превключвателя нагоре по веригата, който има достатъчен капацитет на адресната таблица и знае къде да изпрати всеки кадър. Пример за успешно предаване на рамка с помощта на магистрален порт е показан на Фигура 4.1. Превключвателят от най-високо ниво има информация за всички мрежови възли, така че рамката с MAC3 адреса на местоназначението, предадена към него през порта на магистрала, той предава през порт 2 до комутатора, към който е свързан възелът с MAC3 адреса.

Фигура 4.1 – Използване на магистрален порт за доставка на кадри с неизвестна дестинация

Въпреки че методът на магистралния порт ще работи ефективно в много случаи, възможно е да си представим ситуации, при които кадрите просто ще бъдат загубени. Една такава ситуация е изобразена на фигура 4.2. Превключвателят на долния слой е премахнал MAC8 адреса, който е свързан към неговия порт 4, от своята адресна таблица, за да освободи място за новия MAC3 адрес. Когато пристигне рамка с адрес на местоназначение MAC8, комутаторът го препраща към порт 5 на магистрала, през който рамката влиза в комутатора от по-горно ниво. Този комутатор вижда от адресната си таблица, че MAC8 адресът принадлежи на неговия порт 1, през който е влязъл в комутатора. Следователно рамката не се обработва допълнително и просто се филтрира и следователно не достига до местоназначението. Следователно е по-надеждно да се използват комутатори с достатъчен брой адресни таблици за всеки порт, както и поддръжка на обща адресна таблица от модула за управление на комутатора.

Фигура 4.2 - Загуба на кадър при използване на магистрален порт

Размер на буфера.

Вътрешната буферна памет на комутатора е необходима за временно съхраняване на кадри от данни в случаите, когато те не могат да бъдат незабавно прехвърлени към изходния порт. Буферът е проектиран да изглажда краткосрочните вълни на трафика. В крайна сметка, дори ако трафикът е добре балансиран и производителността на портовите процесори, както и другите обработващи елементи на комутатора, е достатъчна за прехвърляне на средни стойности на трафика, това не гарантира, че тяхната производителност ще бъде достатъчна за много висок пик стойности на натоварване. Например, трафикът може да пристига едновременно на всички входове на комутатора за няколко десетки милисекунди, предотвратявайки му предаването на получените кадри към изходните портове.

За да се предотвратят загуби на кадри в случай на краткотрайно многократно превишаване на средната интензивност на трафика (а за локални мрежи често се откриват стойности на коефициента на вълни на трафика в диапазона 50 - 100), единственото средство е голям буфер. Както в случая с адресните таблици, всеки модул на процесора на порт обикновено има своя собствена буферна памет за съхранение на кадри. Колкото по-голям е обемът на тази памет, толкова по-малка е вероятността да загуби кадри по време на претоварване, въпреки че ако средните стойности на трафика са небалансирани, буферът все пак ще препълни рано или късно.

Обикновено превключвателите, проектирани да работят в критични части на мрежата, имат буферна памет от няколко десетки или стотици килобайта на порт. Добре е тази буферна памет да може да бъде преразпределена между множество портове, тъй като едновременните претоварвания на няколко порта са малко вероятни. Допълнителна функция за сигурност може да бъде общ буфер за всички портове в модула за управление на комутатора. Такъв буфер обикновено е с размер от няколко мегабайта.