Clase de comutatoare Ethernet. Comparația dispozitivelor de rețea

Caracteristicile cheie ale comutatoarelor

Performanța comutatorului este ceea ce integratorii de rețea și administratorii se așteaptă de la acest dispozitiv, în primul rând.

Principalii indicatori ai comutatorului care caracterizează performanța acestuia sunt:

viteza de filtrare a cadrelor;
viteza de promovare a cadrelor;
debit total;
întârzierea transmisiei cadrului.

Viteza de filtrare

Recepția unui cadru în tamponul său;

Vizualizarea tabelului de adrese pentru a selecta portul de destinație pentru cadru;

Distrugerea unui cadru deoarece portul de destinație și portul sursă aparțin aceluiași segment logic.

Viteza de filtrare a aproape tuturor comutatoarelor este neblocantă - comutatorul are timp să renunțe la cadre la rata de sosire a acestora.

Viteza de redirecționare determină rata la care comutatorul efectuează următorii pași de procesare a cadrelor:

Recepția unui cadru în tamponul său;

căutarea tabelului de adrese pentru a găsi portul pentru adresa de destinație a cadrului;

· transmiterea unui cadru către rețea prin portul de destinație găsit în tabelul de adrese.

Atât rata de filtrare, cât și rata de avans sunt de obicei măsurate în cadre pe secundă. În mod implicit, acestea sunt cadre de protocol Ethernet de lungime minimă (64 de octeți fără preambul). Astfel de cadre creează cel mai greu mod de funcționare pentru comutator.

Lățimea de bandă comutatorul este modificat de cantitatea de date utilizator (în megabiți pe secundă) transmisă pe unitatea de timp prin porturile sale.

Valoarea maximă a debitului comutatorului este întotdeauna atinsă pe cadrele cu lungime maximă. Prin urmare, un comutator poate fi blocant pentru cadrele de lungime minimă, dar are totuși performanțe de debit foarte bune.

Întârziere de cadru este măsurat ca timpul scurs din momentul în care primul octet al cadrului ajunge la portul de intrare al comutatorului până în momentul în care acest octet apare la portul său de ieșire.

Cantitatea de întârziere introdusă de comutator depinde de modul de funcționare a acestuia. Dacă comutarea se efectuează „din zbor”, atunci întârzierile sunt de obicei mici și variază de la 5 la 40 µs, iar cu buffering full frame - de la 50 la 200 µs (pentru cadre de lungime minimă).

Comutare din mers și complet tamponată

În timpul comutării din mers, o parte a cadrului care conține adresa destinatarului este primită în bufferul de intrare, se ia decizia de a filtra sau retransmite cadrul către alt port, iar dacă portul de ieșire este liber, atunci frame este transferat imediat în timp ce restul continuă să intre în buffer-ul de intrare. Dacă portul de ieșire este ocupat, atunci cadrul este complet tamponat în tamponul de intrare al portului de recepție. Dezavantajele acestei metode includ faptul că comutatorul trece cadre eronate pentru transmisie, deoarece atunci când este posibil să se analizeze sfârșitul cadrului, începutul acestuia va fi deja transferat într-o altă subrețea. Și acest lucru duce la pierderea timpului util al rețelei.

Bufferingul complet al pachetelor primite, desigur, introduce o întârziere mare în transmiterea datelor, dar comutatorul are capacitatea de a analiza complet și, dacă este necesar, de a converti pachetul primit.

Tabelul 6.1 listează caracteristicile comutatoarelor atunci când funcționează în două moduri.

Tabel.6.1 Caracteristici comparative ale comutatoarelor atunci când funcționează în diferite moduri

Deși toate comutatoarele au multe în comun, este logic să le împărțim în două clase concepute pentru a rezolva probleme diferite.

Comutatoare pentru grupuri de lucru

Switch-urile pentru grupuri de lucru oferă lățime de bandă dedicată atunci când se conectează orice pereche de noduri conectate la porturile switch-ului. Dacă porturile au aceeași viteză, destinatarul pachetului trebuie să fie liber pentru a evita blocarea.

Suportând cel puțin atâtea adrese pe port câte pot fi prezente într-un segment, comutatorul oferă o lățime de bandă dedicată de 10 Mbps per port. Fiecare port de comutare este asociat cu o adresă unică a dispozitivului Ethernet conectat la acel port.

Conexiunea fizică punct la punct dintre comutatoarele grupului de lucru și nodurile 10Base-T se realizează de obicei cu un cablu torsadat neecranat, iar echipamentele compatibile 10Base-T sunt instalate la nodurile rețelei.

Switch-urile pentru grupuri de lucru pot funcționa la 10 sau 100 Mbps pentru diferite porturi. Această caracteristică reduce nivelul de blocare atunci când încercați să stabiliți mai multe conexiuni client de 10 Mbps pe același port de mare viteză. În grupurile de lucru client-server, mai mulți clienți de 10 Mbps pot accesa un server conectat la un port de 100 Mbps. În exemplul prezentat în Figura 8, trei noduri de 10 Mbps accesează serverul în același timp pe un port de 100 Mbps. Din lățimea de bandă de 100 Mbps disponibilă pentru acces la server, se utilizează 30 Mbps, iar 70 Mbps este disponibil pentru conectarea simultană a încă șapte dispozitive de 10 Mbps la server prin circuite virtuale.

Suportul multi-rate este util și pentru gruparea comutatoarelor Ethernet folosind hub-uri Fast Ethernet de 100 Mbps (100Base-T) ca backbone locale. În configurația prezentată în Figura 9, comutatoarele de 10 Mbps și 100 Mbps sunt conectate la un hub de 100 Mbps. Traficul local rămâne în cadrul grupului de lucru, iar restul traficului este trimis în rețea printr-un hub Ethernet de 100 Mbps.

Pentru a se conecta la un repetor de 10 sau 100 Mbps, comutatorul trebuie să aibă un port capabil să gestioneze un număr mare de adrese Ethernet.

Principalul avantaj al comutatoarelor pentru grupuri de lucru este performanța ridicată a rețelei la nivel de grup de lucru, oferind fiecărui utilizator o lățime de bandă dedicată (10 Mbps). În plus, comutatoarele reduc (până la zero) numărul de coliziuni - spre deosebire de comutatoarele de coloană vertebrală descrise mai jos, comutatoarele de grup de lucru nu vor transmite fragmente de coliziuni către destinatari. Comutatoarele pentru grupuri de lucru vă permit să salvați complet infrastructura de rețea din partea clientului, inclusiv programe, adaptoare de rețea, cabluri. Costul comutatoarelor pentru grupuri de lucru pe port este în prezent comparabil cu porturile hub administrate.

Comutatoare pentru coloana vertebrală

Comutatoarele backbone oferă o conexiune de viteză medie între o pereche de segmente Ethernet inactive. Dacă vitezele portului pentru expeditor și destinatar sunt aceleași, segmentul de destinație trebuie să fie liber pentru a evita blocarea.

La nivel de grup de lucru, fiecare nod partajează o lățime de bandă de 10 Mbps cu alte noduri de pe același segment. Un pachet destinat în afara acestui grup va fi redirecționat de către comutatorul backbone, așa cum se arată în Figura 10. Comutatorul backbone asigură transmiterea simultană a pachetelor la rata media între orice pereche de porturi ale sale. La fel ca comutatoarele pentru grupuri de lucru, comutatoarele backbone pot suporta viteze diferite pentru porturile lor. Comutatoarele backbone pot funcționa cu segmente 10Base-T și segmente bazate pe cablu coaxial. În cele mai multe cazuri, comutatoarele backbone oferă o modalitate mai ușoară și mai eficientă de a îmbunătăți performanța rețelei decât routerele și podurile.

Principalul dezavantaj atunci când se lucrează cu comutatoare backbone este că la nivel de grup de lucru, utilizatorii lucrează cu un mediu partajat dacă sunt conectați la segmente organizate pe baza de repetoare sau cablu coaxial. Mai mult, timpul de răspuns la nivel de grup de lucru poate fi destul de lung. Spre deosebire de gazdele conectate la porturi de comutare, gazdele de pe segmentele 10Base-T sau coaxiale nu sunt garantate cu o lățime de bandă de 10 Mbps și adesea trebuie să aștepte până când alte gazde au terminat de transmis pachetele. La nivel de grup de lucru, coliziunile sunt încă păstrate, iar fragmentele de pachete cu erori vor fi redirecționate către toate rețelele conectate la coloana vertebrală. Aceste neajunsuri pot fi evitate dacă comutatoarele sunt utilizate la nivel de grup de lucru în loc de hub-uri 10Base-T. În majoritatea aplicațiilor care necesită mult resurse, un comutator de 100 Mbps poate acționa ca o coloană vertebrală de mare viteză pentru comutatoarele de grup de lucru cu porturi de 10 și 100 Mbps, hub-uri de 100 Mbps și servere care au adaptoare Ethernet de 100 Mbps instalate.

Comparație de caracteristici

Principalele proprietăți ale comutatoarelor Ethernet sunt prezentate în tabel:

Beneficiile comutatoarelor Ethernet

Principalele avantaje ale utilizării comutatoarelor Ethernet sunt enumerate mai jos:
Creșteți productivitatea cu conexiuni de mare viteză între segmentele Ethernet (comutatoare backbone) sau noduri de rețea (comutatoare pentru grupuri de lucru). Spre deosebire de un mediu Ethernet partajat, comutatoarele permit creșterea performanței integrate pe măsură ce utilizatorii sau segmentele sunt adăugate în rețea.
Coliziuni reduse, mai ales atunci când fiecare utilizator este conectat la un alt port de comutare.
Minimizați costul migrării de la un mediu partajat la unul comutat prin păstrarea infrastructurii Ethernet de 10 Mbps existente (cabluri, adaptoare, software).
Creșteți securitatea prin redirecționarea pachetelor numai către portul la care este conectată destinația.
Latență scăzută și previzibilă datorită faptului că banda este partajată de un număr mic de utilizatori (ideal unul).

Comparația dispozitivelor de rețea

Repetoare

Repetoarele Ethernet, în contextul rețelelor 10Base-T denumite adesea hub-uri sau hub-uri, funcționează în conformitate cu standardul IEEE 802.3. Repeatorul pur și simplu redirecționează pachetele primite către toate porturile sale, indiferent de destinație.

Deși toate dispozitivele conectate la repetorul Ethernet (inclusiv alte repetoare) „văd” tot traficul de rețea, numai nodul căruia îi este adresat ar trebui să primească pachetul. Toate celelalte noduri ar trebui să ignore acest pachet. unele dispozitive de rețea (de exemplu, analizoare de protocol) funcționează pe baza faptului că mediul de rețea (cum ar fi Ethernet) este public și analizează tot traficul de rețea. Pentru unele medii, totuși, capacitatea fiecărui nod de a vedea toate pachetele este inacceptabilă din motive de securitate.

Din punct de vedere al performanței, repetoarele pur și simplu transmit pachete folosind întreaga lățime de bandă a conexiunii. Întârzierea introdusă de repetor este foarte mică (în conformitate cu IEEE 802.3 - mai puțin de 3 microsecunde). Rețelele care conțin repetitoare au o lățime de bandă de 10 Mbps ca un segment de cablu coaxial și sunt transparente pentru majoritatea protocoalelor de rețea, cum ar fi TCP/IP și IPX.

Poduri

Podurile funcționează în conformitate cu standardul IEEE 802.1d. La fel ca comutatoarele Ethernet, podurile sunt independente de protocol și transmit pachetele către portul la care este conectată destinația. Totuși, spre deosebire de majoritatea switch-urilor Ethernet, podurile nu transmit fragmente de pachete în cazul coliziunilor sau pachetelor de eroare, deoarece toate pachetele sunt stocate în tampon înainte de a fi redirecționate către portul de destinație. Bufferingul de pachete (stocare-and-forward) introduce latență în comparație cu comutarea din mers. Podurile pot oferi performanțe egale cu debitul mediu, dar blocarea internă le încetinește oarecum.

Routere

Funcționarea routerelor depinde de protocoalele de rețea și este determinată de informațiile legate de protocol transportate în pachet. La fel ca podurile, routerele nu transmit fragmente de pachete către destinație atunci când apar coliziuni. Routerele stochează întregul pachet în memoria lor înainte de a-l redirecționa către destinație, prin urmare, atunci când folosesc routere, pachetele sunt transmise cu întârziere. Routerele pot oferi o lățime de bandă egală cu lățimea de bandă a conexiunii, dar se caracterizează prin prezența blocării interne. Spre deosebire de repetoare, poduri și comutatoare, routerele modifică toate pachetele transmise.

rezumat

Principalele diferențe dintre dispozitivele de rețea sunt prezentate în Tabelul 2.

performanţă, sunteți:

viteza de filtrare a cadrelor;
viteza de promovare a cadrelor;
debit;
întârziere de transmisie cadru.

În plus, există mai multe caracteristici ale comutatorului care au cel mai mare impact asupra acestor caracteristici de performanță. Acestea includ:

tip de comutare;
dimensiunea buffer-urilor de cadru;
performanța matricei de comutare;
performanța procesorului sau procesoarelor;
marimea mese de comutare.

Rata de filtrare și rata de avans a cadrelor

Rata de filtrare și avansarea cadrului sunt cele două caracteristici principale de performanță ale comutatorului. Aceste caracteristici sunt indicatori integrali și nu depind de modul în care este implementat tehnic comutatorul.

Viteza de filtrare

primirea unui cadru în tamponul său;
eliminarea unui cadru dacă se găsește o eroare în el (suma de control nu se potrivește sau cadrul are mai puțin de 64 de octeți sau mai mult de 1518 de octeți);
scăderea unui cadru pentru a evita buclele în rețea;
scăparea unui cadru în conformitate cu filtrele configurate pe port;
vizionare mese de comutare pentru a căuta portul de destinație pe baza adresei MAC de destinație a cadrului și renunțați la cadrul dacă sursa și destinația cadrului sunt conectate la același port.

Viteza de filtrare a aproape tuturor comutatoarelor este neblocantă - comutatorul reușește să scadă cadre la rata de sosire a acestora.

Viteza de redirecționare determină rata la care comutatorul efectuează următorii pași de procesare a cadrelor:

primirea unui cadru în tamponul său;
vizionare mese de comutare pentru a găsi portul de destinație pe baza adresei MAC a destinatarului cadrului;
transmiterea cadrelor în rețea prin intermediul software-ului găsit masa de comutare portul de destinație.

Atât rata de filtrare, cât și rata de avans sunt de obicei măsurate în cadre pe secundă. Dacă caracteristicile comutatorului nu specifică pentru ce protocol și pentru ce dimensiune a cadrului sunt date valorile ratelor de filtrare și redirecționare, atunci se consideră implicit că acești indicatori sunt dați pentru protocolul Ethernet și cadrele dimensiune minimă, adică cadre cu lungimea de 64 de octeți (fără preambul) cu câmp de date de 46 de octeți. Utilizarea cadrelor de lungime minimă ca indicator principal al vitezei de procesare a comutatorului se explică prin faptul că astfel de cadre creează întotdeauna cel mai dificil mod de operare pentru comutator în comparație cu cadrele dintr-un alt format cu un debit egal al datelor de utilizator transmise. Prin urmare, atunci când se testează un comutator, modul de lungime minimă a cadrului este utilizat ca cel mai dificil test, care ar trebui să verifice capacitatea comutatorului de a funcționa cu cea mai proastă combinație de parametri de trafic.

Comutați lățimea de bandă (debit) este măsurată prin cantitatea de date utilizator (în megabiți sau gigabiți pe secundă) transmisă pe unitatea de timp prin porturile sale. Deoarece comutatorul funcționează la nivelul de legătură, pentru acesta datele utilizatorului sunt datele care sunt transportate în câmpul de date al cadrelor protocoalelor stratului de legătură - Ethernet, Fast Ethernet, etc. Valoarea maximă a debitului comutatorului este întotdeauna atinsă pe cadre de lungime maximă, deoarece atunci când În acest caz, ponderea costurilor generale pentru supraîncărcarea cadrelor este mult mai mică decât pentru cadrele cu lungimea minimă, iar timpul pentru comutare pentru a efectua operațiuni de procesare a cadrelor pe un octet de informații despre utilizator este semnificativ Mai puțin. Prin urmare, un comutator poate fi blocant pentru lungimea minimă a cadrului, dar are totuși o performanță de transfer foarte bună.

Întârziere de transmisie a cadrelor (întârziere înainte) este măsurat ca timpul scurs din momentul în care primul octet al cadrului ajunge la portul de intrare al comutatorului până în momentul în care acest octet apare la portul său de ieșire. Întârzierea este suma timpului petrecut în tamponarea octeților cadrului, precum și a timpului petrecut procesând cadrul de către comutator, și anume, vizionarea mese de comutare, luând o decizie de expediere și obțineți acces la mediul portului de ieșire.

Cantitatea de întârziere introdusă de comutator depinde de metoda de comutare utilizată în acesta. Dacă comutarea se efectuează fără tamponare, atunci întârzierile sunt de obicei mici și variază de la 5 la 40 µs, iar cu tamponarea cadru complet - de la 50 la 200 µs (pentru cadre de lungime minimă).

Schimbarea dimensiunii mesei

Capacitate maximă mese de comutare definește numărul maxim de adrese MAC pe care comutatorul le poate opera în același timp. LA masa de comutare pentru fiecare port, pot fi stocate atât adresele MAC învățate dinamic, cât și adresele MAC statice care au fost create de administratorul de rețea.

Valoarea numărului maxim de adrese MAC în care pot fi stocate masa de comutare, depinde de aplicarea comutatorului. Switch-urile D-Link pentru grupuri de lucru și birouri mici acceptă de obicei un tabel de adrese MAC de la 1K la 8K. Switch-urile pentru grupuri mari de lucru acceptă tabele de adrese MAC de la 8K la 16K, în timp ce comutatoarele backbone de rețea acceptă de obicei adrese de la 16K la 64K sau mai mult.

Capacitate insuficientă mese de comutare poate face ca comutatorul să încetinească și să înfunde rețeaua cu trafic în exces. Dacă tabelul de comutare este plin și portul întâlnește o nouă adresă MAC sursă într-un cadru de intrare, comutatorul nu o va putea pune în tabel. În acest caz, cadrul de răspuns la această adresă MAC va fi trimis prin toate porturile (cu excepția portului sursă), adică. va provoca inundații.

Dimensiunea cadru tampon

Pentru a asigura stocarea temporară a cadrelor în cazurile în care acestea nu pot fi transferate imediat în portul de ieșire, comutatoarele, în funcție de arhitectura implementată, sunt echipate cu buffere pe porturile de intrare, ieșire sau un buffer comun pentru toate porturile. Dimensiunea tamponului afectează atât întârzierea cadrelor, cât și rata de pierdere a pachetelor. Prin urmare, cu cât este mai mare cantitatea de memorie tampon, cu atât este mai puțin probabil să piardă cadre.

În mod obișnuit, comutatoarele concepute să funcționeze în părți critice ale rețelei au o memorie tampon de câteva zeci sau sute de kiloocteți per port. Bufferul comun pentru toate porturile este de obicei de câțiva megaocteți.

Tema accesului gigabit devine din ce în ce mai relevantă, mai ales acum, când concurența este în creștere, ARPU scade, iar tarifele chiar și de 100 Mbps nu mai sunt surprinzătoare. Am luat în considerare de multă vreme problema trecerii la accesul gigabit. Respins de prețul echipamentelor și de fezabilitatea comercială. Dar concurenții nu dorm, iar când până și Rostelecom a început să ofere tarife de peste 100 Mbps, ne-am dat seama că nu mai putem aștepta. În plus, prețul pentru un port gigabit a scăzut semnificativ și a devenit pur și simplu neprofitabilă instalarea unui comutator FastEthernet, care în câțiva ani va trebui să fie schimbat cu unul gigabit. Prin urmare, au început să aleagă un comutator gigabit pentru utilizare la nivel de acces.

Am trecut în revistă diverse modele de switch-uri gigabit și ne-am stabilit pe două care sunt cele mai potrivite din punct de vedere al parametrilor și, în același timp, ne corespund așteptărilor bugetare. Acestea sunt Dlink DGS-1210-28ME și .

Cadru

Corpul SNR este realizat din metal gros, durabil, ceea ce îl face mai greu decât „concurentul”. D-link este realizat din oțel subțire, ceea ce îi conferă o economie de greutate. Cu toate acestea, îl face mai susceptibil la influențele externe datorită rezistenței sale mai mici.

D-link este mai compact: adâncimea sa este de 14 cm, în timp ce cea a SNR este de 23 cm. Conectorul de alimentare SNR este situat în față, ceea ce, fără îndoială, facilitează instalarea.

Surse de alimentare

Sursa de alimentare D-link

Alimentare SNR

În ciuda faptului că sursele de alimentare sunt foarte asemănătoare, am găsit totuși diferențe. Sursa de alimentare D-link este realizată economic, poate chiar prea mult - nu există un strat de lac pe placă, protecția împotriva interferențelor la intrare și la ieșire este minimă. Drept urmare, potrivit Dlink, există temeri că aceste nuanțe vor afecta sensibilitatea comutatorului la supratensiuni și funcționarea în condiții de umiditate variabilă și în condiții de praf.

Placa comutatoare

Ambele plăci sunt făcute îngrijit, nu există plângeri cu privire la instalare, cu toate acestea, SNR are un textolit mai bun, iar placa este realizată folosind tehnologia de lipire fără plumb. Desigur, nu este vorba despre faptul că SNR conține mai puțin plumb (decât nu poți speria pe nimeni în Rusia), ci că aceste întrerupătoare sunt produse pe o linie mai modernă.

În plus, din nou, ca și în cazul surselor de alimentare, D-link a salvat pe lac. SNR are un strat de lac pe placă.

Aparent, se lasă de înțeles că condițiile de lucru ale comutatoarelor de acces D-link ar trebui să fie a priori excelente - curate, uscate, răcoroase .. bine, ca toți ceilalți. ;)

Răcire

Ambele comutatoare au un sistem de răcire pasiv. D-link are radiatoare mai mari, iar acesta este un plus sigur. Cu toate acestea, SNR are spațiu liber între placă și peretele din spate, ceea ce are un efect pozitiv asupra disipării căldurii. O nuanță suplimentară este prezența plăcilor de îndepărtare a căldurii situate sub cip, care elimină căldura în carcasa comutatorului.

Am efectuat un mic test - am măsurat temperatura radiatorului de pe cip în condiții normale:

Comutatorul este plasat pe o masă la temperatura camerei 22C,
2 module SFP instalate,
Asteptam 8-10 minute.

Rezultatele testului au fost surprinzătoare - D-link s-a încălzit până la 72C, în timp ce SNR a ajuns doar la 63C. Ce se va întâmpla cu D-link într-o cutie bine ambalată în căldura verii, e mai bine să nu te gândești.

Temperatura pe D-link 72 de grade

Pe SNR 61 C, zborul este normal

protecție împotriva trăsnetului

Întrerupătoarele sunt echipate cu diverse sisteme de protecție împotriva trăsnetului. D-link folosește descărcători de gaz. SNR are varistoare. Fiecare dintre ele are avantajele și dezavantajele sale. Cu toate acestea, timpul de răspuns al varistoarelor este mai bun, iar acest lucru oferă o protecție mai bună pentru comutatorul în sine și pentru dispozitivele de abonat conectate la acesta.

rezumat

De la D-link există un sentiment de economie pe toate componentele - pe sursă de alimentare, placă, carcasă. Prin urmare, în acest caz, dă impresia unui produs mai preferat pentru noi.

Această rețea LAN este construită pe comutatoare, astfel încât acest capitol acoperă caracteristicile cheie de performanță ale comutatoarelor.

Principalele caracteristici ale unui comutator care măsoară performanța acestuia sunt:

- viteza de filtrare (filtrare);
- viteza de rutare (redirecționare);
- lăţimea de bandă (debit);
- întârzierea transmisiei cadrului.

În plus, există mai multe caracteristici ale comutatorului care au cel mai mare impact asupra acestor caracteristici de performanță. Acestea includ:

- dimensiunea buffer-urilor de cadru;
- performanta magistralei interne;
- performanta procesorului sau procesoarelor;
- dimensiunea tabelului intern de adrese.

Rata de filtrare și avansarea cadrului sunt cele două caracteristici principale de performanță ale comutatorului. Aceste caracteristici sunt indicatori integrali, nu depind de modul în care este implementat tehnic comutatorul.

Rata de filtrare determină rata la care comutatorul efectuează următorii pași de procesare a cadrelor:

- primirea unui cadru în buffer-ul său;
- Distrugerea cadrului, deoarece portul de destinație este același cu portul sursă.

Rata de avans determină rata la care comutatorul efectuează următorii pași de procesare a cadrelor:

- primirea unui cadru în buffer-ul său;
- vizualizarea tabelului de adrese pentru a găsi portul pentru adresa de destinație a cadrului;
- transmiterea cadrelor către rețea prin portul de destinație găsit în tabelul de adrese.

Utilizarea cadrelor de lungime minimă ca indicator principal al vitezei comutatorului se explică prin faptul că astfel de cadre creează întotdeauna cel mai dificil mod de operare pentru comutator în comparație cu cadrele dintr-un alt format cu un debit egal al datelor de utilizator transferate. Prin urmare, atunci când se testează un comutator, modul de lungime minimă a cadrului este utilizat ca cel mai dificil test, care ar trebui să verifice capacitatea comutatorului de a funcționa cu cea mai proastă combinație de parametri de trafic pentru acesta. În plus, pentru pachetele cu o lungime minimă, vitezele de filtrare și de redirecționare au o valoare maximă, ceea ce are o importanță nu mică atunci când se face publicitate unui comutator.

Debitul unui comutator este măsurat prin cantitatea de date utilizator transmisă pe unitatea de timp prin porturile sale. Deoarece comutatorul funcționează la nivelul de legătură, datele utilizatorului pentru acesta sunt datele care sunt transportate în câmpul de date al cadrelor protocoalelor stratului de legătură - Ethernet, Token Ring, FDDI etc. Valoarea maximă a debitului comutatorului este întotdeauna atinsă pe cadrele cu lungimea maximă, deoarece în acest caz ponderea costurilor generale pentru informațiile generale ale cadrului este mult mai mică decât pentru cadrele cu lungimea minimă și timpul necesar comutatorului pentru a efectua cadrul. operațiunile de procesare pe un octet de informații despre utilizator este semnificativă.mai puțin.

Dependența debitului comutatorului de dimensiunea cadrelor transmise este bine ilustrată de exemplul protocolului Ethernet, pentru care, la transmiterea cadrelor de lungime minimă, se realizează o rată de transmisie de 14880 de cadre pe secundă și un debit de 5,48 Mbps. , iar la transmiterea cadrelor de lungime maximă, o rată de transmisie de 812 cadre pe secundă și o lățime de bandă de 9,74 Mbps. Debitul scade cu aproape jumătate atunci când treceți la cadre de lungime minimă, și acest lucru fără a lua în considerare timpul pierdut la procesarea cadrelor de către comutator.

Întârzierea transmisiei cadrului este măsurată ca timpul scurs din momentul în care primul octet al cadrului ajunge la portul de intrare al comutatorului până în momentul în care acest octet ajunge la portul de ieșire al comutatorului. Latența este suma timpului petrecut în tamponarea octeților cadrului, precum și a timpului petrecut procesând cadrul de către comutator - căutând tabelul de adrese, decidend dacă se filtrează sau redirecționează și accesând media portului de ieșire.

Cantitatea de întârziere introdusă de comutator depinde de modul de funcționare a acestuia. Dacă comutarea se efectuează „din zbor”, atunci întârzierile sunt de obicei mici și variază de la 10 µs la 40 µs, iar cu buffering full frame - de la 50 µs la 200 µs (pentru cadre de lungime minimă).

Comutatorul este un dispozitiv multiport, prin urmare, este obișnuit ca acesta să ofere toate caracteristicile de mai sus (cu excepția întârzierii transmisiei cadrului) în două versiuni. Prima opțiune este performanța totală a comutatorului cu transmiterea simultană a traficului prin toate porturile sale, a doua opțiune este performanța pe un port.

Deoarece odată cu transmiterea simultană a traficului prin mai multe porturi, există un număr mare de opțiuni de trafic care diferă prin dimensiunea cadrelor din flux, distribuția intensității medii a fluxurilor de cadre între porturile de destinație, coeficienții de variație a intensității fluxuri de cadre etc. etc., apoi la compararea comutatoarelor din punct de vedere al performantei este necesar sa se tina cont pentru ce varianta de trafic au fost obtinute datele de performanta publicate.

Estimați performanța generală necesară a comutatorului.

În mod ideal, un comutator instalat într-o rețea transmite cadre între nodurile conectate la porturile sale la rata la care nodurile generează aceste cadre, fără a introduce întârzieri suplimentare și fără a pierde un singur cadru. În practică reală, comutatorul introduce întotdeauna unele întârzieri în transmiterea cadrelor și poate pierde și unele cadre, adică să nu le livreze la destinații. Datorită diferențelor în organizarea internă a diferitelor modele de comutatoare, este dificil de prezis cum va transmite un anumit comutator cadre ale unui anumit model de trafic. Cel mai bun criteriu este încă practica atunci când comutatorul este plasat într-o rețea reală, iar întârzierile introduse de acesta și numărul de cadre pierdute sunt măsurate.

În plus față de debitul elementelor de comutare individuale, cum ar fi procesoarele de porturi sau o magistrală comună, performanța comutatorului este afectată de parametri precum dimensiunea tabelului de adrese și dimensiunea bufferului comun sau a bufferelor de porturi individuale.

Dimensiunea tabelului de adrese.

Capacitatea maximă a tabelului de adrese determină numărul maxim de adrese MAC pe care comutatorul le poate gestiona în același timp. Deoarece comutatoarele folosesc cel mai adesea o unitate de procesor dedicată cu propria sa memorie pentru a stoca o instanță a tabelului de adrese pentru a efectua operațiunile fiecărui port, dimensiunea tabelului de adrese pentru comutatoare este de obicei dată pe port. Instanțele tabelului de adrese ale diferitelor module de procesor nu conțin neapărat aceleași informații despre adresă - cel mai probabil nu vor fi atât de multe adrese duplicate, cu excepția cazului în care distribuția traficului fiecărui port este complet la fel de probabilă între celelalte porturi. Fiecare port stochează doar seturile de adrese pe care le-a folosit recent.

Valoarea numărului maxim de adrese MAC pe care procesorul de porturi le poate aminti depinde de aplicația comutatorului. Switch-urile pentru grupuri de lucru acceptă de obicei doar câteva adrese pe port, deoarece sunt concepute pentru a forma microsegmente. Switch-urile departamentale trebuie să accepte câteva sute de adrese, iar comutatoarele backbone de rețea până la câteva mii, de obicei adrese de la 4K la 8K.

Capacitatea insuficientă a tabelului de adrese poate încetini comutatorul și poate inunda rețeaua cu trafic în exces. Dacă tabelul de adrese al procesorului de port este plin și întâlnește o nouă adresă sursă într-un pachet de intrare, trebuie să scoată orice adresă veche din tabel și să plaseze una nouă în locul ei. Această operație în sine va dura ceva timp de la procesor, dar principala pierdere de performanță va fi observată atunci când sosește un cadru cu o adresă de destinație care trebuia eliminată din tabelul de adrese. Deoarece adresa de destinație a cadrului este necunoscută, comutatorul trebuie să redirecționeze cadrul către toate celelalte porturi. Această operațiune va crea muncă inutilă pentru multe procesoare de porturi, în plus, copiile acestui cadru vor cădea și pe acele segmente de rețea în care sunt complet opționale.

Unii producători de comutatoare rezolvă această problemă schimbând algoritmul de gestionare a cadrelor cu o adresă de destinație necunoscută. Unul dintre porturile de comutare este configurat ca port trunk, către care sunt trimise implicit toate cadrele cu o adresă necunoscută. La routere, această tehnică este folosită de mult timp, permițându-vă să reduceți dimensiunea tabelelor de adrese în rețelele organizate după un principiu ierarhic.

Transmiterea unui cadru către portul trunk se bazează pe faptul că acest port este conectat la comutatorul din amonte, care are o capacitate suficientă a tabelului de adrese și știe unde să trimită orice cadru. Un exemplu de transmisie de cadru cu succes folosind un port trunk este prezentat în Figura 4.1. Comutatorul de nivel superior are informații despre toate nodurile de rețea, astfel încât cadrul cu adresa MAC3 de destinație, transmis către acesta prin portul trunk, transmite prin portul 2 către comutatorul la care este conectat nodul cu adresa MAC3.

Figura 4.1 - Utilizarea unui port trunk pentru a livra cadre cu o destinație necunoscută

Deși metoda portului trunchiului va funcționa eficient în multe cazuri, este posibil să ne imaginăm situații în care cadrele vor fi pur și simplu pierdute. O astfel de situație este prezentată în Figura 4.2. Comutatorul de nivel inferior a eliminat adresa MAC8 care este conectată la portul său 4 din tabelul de adrese pentru a face loc pentru noua adresă MAC3. Când sosește un cadru cu o adresă de destinație MAC8, comutatorul îl redirecționează către portul trunk 5, prin care cadrul intră în comutatorul de nivel superior. Acest comutator vede din tabelul de adrese că adresa MAC8 aparține portului său 1, prin care a intrat în comutator. Prin urmare, cadrul nu este procesat în continuare și este pur și simplu filtrat și, prin urmare, nu ajunge la destinație. Prin urmare, este mai fiabil să folosiți comutatoare cu un număr suficient de tabele de adrese pentru fiecare port, precum și suport pentru un tabel de adrese comun de către modulul de gestionare a comutatorului.

Figura 4.2 - Pierderea cadrului la utilizarea unui port trunk

Dimensiunea memoriei tampon.

Memoria tampon internă a comutatorului este necesară pentru a stoca temporar cadrele de date în cazurile în care acestea nu pot fi transferate imediat în portul de ieșire. Tamponul este conceput pentru a atenua ondulațiile de trafic pe termen scurt. La urma urmei, chiar dacă traficul este bine echilibrat și performanța procesoarelor de porturi, precum și a altor elemente de procesare ale comutatorului, este suficientă pentru a transfera valori medii de trafic, acest lucru nu garantează că performanța lor va fi suficientă pentru un vârf foarte mare. valorile de încărcare. De exemplu, traficul poate ajunge simultan la toate intrările comutatorului timp de câteva zeci de milisecunde, împiedicându-l să transmită cadrele primite către porturile de ieșire.

Pentru a preveni pierderile de cadre atunci când intensitatea medie a traficului depășește media pentru o perioadă scurtă de timp (și pentru rețelele locale există adesea valori ale coeficientului de ondulare a traficului în intervalul 50 - 100), singurul remediu este un tampon mare. . Ca și în cazul tabelelor de adrese, fiecare modul de procesor de port are de obicei propria sa memorie tampon pentru stocarea cadrelor. Cu cât cantitatea de memorie este mai mare, cu atât este mai puțin probabil să piardă cadre în timpul aglomerației, deși dacă mediile de trafic sunt dezechilibrate, tamponul se va încărca mai devreme sau mai târziu.

În mod obișnuit, comutatoarele concepute să funcționeze în părți critice ale rețelei au o memorie tampon de câteva zeci sau sute de kiloocteți per port. Este bine că această memorie tampon poate fi realocată între mai multe porturi, deoarece supraîncărcările simultane pe mai multe porturi sunt puțin probabile. O caracteristică suplimentară de securitate poate fi un buffer comun pentru toate porturile din modulul de gestionare a comutatorului. Un astfel de buffer are de obicei o dimensiune de câțiva megaocteți.