Класи комутаторів Ethernet. Порівняння мережевих пристроїв

Основні характеристики комутаторів

Продуктивність комутатора – та властивість, яку мережеві інтегратори та адміністратори чекають від цього пристрою насамперед.

Основними показниками комутатора, що характеризують його продуктивність, є:

швидкість фільтрації кадрів;
швидкість просування кадрів;
загальна пропускна спроможність;
затримка передачі кадру.

Швидкість фільтрації (filtering)

· Прийом кадру в свій буфер;

· Перегляд адресної таблиці з метою вибору для кадру порту призначення;

· Знищення кадру, так як його порт призначення та порт джерела належать одному логічному сегменту.

Швидкість фільтрації практично у всіх комутаторів є неблокуючою – комутатор встигає відкидати кадри у темпі їх надходження.

Швидкість просуваннявизначає швидкість, з якою комутатор виконує наступні етапи обробки кадрів:

· Прийом кадру в свій буфер;

· Перегляд адресної таблиці з метою знаходження порту для адреси призначення кадру;

· Передача кадру в мережу через знайдений за адресною таблицею порт призначення.

Як швидкість фільтрації, і швидкість просування вимірюються зазвичай у кадрах на секунду. За умовчанням вважається, що це кадри протоколу Ethernet мінімальної довжини (64 байти без преамбули). Такі кадри створюють для комутатора найважчий режим роботи.

Пропускна спроможністькомутатора змінюється кількістю даних користувача (у мегабітах в секунду), переданих в одиницю часу через його порти.

Максимальне значення пропускної спроможності комутатора завжди досягається на кадрах максимальної довжини. Тому комутатор може бути блокуючим для кадрів мінімальної довжини, але мати дуже хороші показники пропускної здатності.

Затримка передачі кадрувимірюється як час, що минув з моменту приходу першого байта кадру на вхідний порт комутатора досі появи цього байта з його вихідному порту.

Величина затримки, що вноситься комутатором, залежить від режиму його роботи. Якщо комутація здійснюється «на льоту», то затримки зазвичай невеликі і становлять від 5 до 40 мкс, а за повної буферизації кадрів – від 50 до 200 мкс (для кадрів мінімальної довжини).

Комутація «на льоту» та з повною буферизацією

При комутації «на льоту» у вхідний буфер приймається частина кадру, що містить адресу одержувача, приймається рішення про фільтрацію або ретрансляцію кадру в інший порт і якщо вихідний порт вільний, то відразу ж починається пересилання кадру, поки його решта продовжує надходити у вхідний буфер . Якщо вихідний порт зайнятий, кадр повністю буферизується у вхідному буфері приймаючого порту. До недоліків цього відноситься те, що комутатор пропускає на передачу помилкові кадри, т.к., коли можна проаналізувати кінець кадру, його початок вже буде передано в іншу підмережу. І це веде до втрати корисного часу роботи мережі.

Повна буферизація пакетів, що приймаються, природно, вносить велику затримку в передачу даних, зате комутатор має можливість повністю проаналізувати і при необхідності перетворити отриманий пакет.

У таблиці 6.1 перераховані можливості комутаторів під час роботи у двох режимах.

Таблиця.6.1 Порівняльна характеристика комутаторів під час роботи у різних режимах

Хоча всі комутатори мають багато спільного, доцільно розділити їх на два класи, призначені для вирішення різних завдань.

Комутатори для робочих груп

Комутатори для робочих груп забезпечують виділену смугу при з'єднанні будь-якої пари вузлів, підключених до портів комутатора. Якщо порти мають однакову швидкість, одержувач пакета повинен бути вільним, щоб не виникло блокування.

Підтримуючи на кожен порт принаймні кількість адрес, які можуть бути присутніми в сегменті, комутатор забезпечує для кожного порту виділену смугу 10 Mbps. Кожен порт комутатора пов'язаний з унікальною адресою підключеного до цього порту Ethernet.

Фізичне з'єднання "крапка-крапка" між комутаторами робочих груп і вузлами 10Base-T зазвичай виконується неекранованим кабелем на основі скручених пар, а у вузлах мережі встановлюється обладнання, що відповідає стандарту 10Base-T.

Комутатори робочих груп можуть працювати зі швидкістю 10 або 100 Mbps для різних портів. Така можливість знижує рівень блокування при спробі організації кількох з'єднань клієнтів 10 Mbps з одним швидкісним портом. У робочих групах із архітектурою клієнт-сервер кілька клієнтів 10 Mbps можуть звертатися до сервера, підключеного до порту 100 Mbps. У наведеному малюнку 8 прикладі три вузла 10 Mbps одночасно звертаються до сервера через порт 100 Mbps. Зі смуги 100 Mbps, доступної для доступу до сервера, використовується 30 Mbps, а 70 Mbps доступно для одночасного підключення до сервера ще семи пристроїв 10 Mbps через віртуальні канали.

Підтримка різних швидкостей корисна також об'єднання групових комутаторів Ethernet з допомогою концентраторів 100 Mbps Fast Ethernet (100Base-T) як локальних магістралей (local backbone). У показаній малюнку 9 конфігурації комутатори, що підтримують швидкості 10 Mbps і 100 Mbps підключені до концентратора 100 Mbps. Локальний трафік залишається в межах робочої групи, а решта трафік передається в мережу через концентратор 100 Mbps Ethernet.

Для підключення до повторювача 10 або 100 Mbps комутатор повинен мати порт, здатний працювати з великою кількістю адрес Ethernet.

Основним перевагою комутаторів для робочих груп є висока продуктивність мережі лише на рівні робочої групи з допомогою надання кожному користувачеві виділеної лінії каналу (10 Mbps). Крім того, комутатори знижують (у межі до нуля) кількість колізій - на відміну від магістральних комутаторів, описаних нижче, комутатори робочих груп не будуть передавати колізійні фрагменти адресатам. Комутатори для робочих груп дозволяють повністю зберегти мережу інфраструктури з боку клієнтів, включаючи програми, мережеві адаптери, кабелі. Вартість комутаторів для робочих груп у розрахунку на один порт сьогодні можна порівняти з цінами портів керованих концентраторів.

Магістральні комутатори

Магістральні комутатори забезпечують з'єднання зі швидкістю передачі середовища між парою незайнятих сегментів Ethernet. Якщо швидкість портів для відправника та одержувача збігаються, сегмент одержувача повинен бути вільний, щоб уникнути блокування.

На рівні робочої групи кожен вузол розділяє смугу 10 Mbps коїться з іншими вузлами у тому сегменті. Пакет, адресований межі цієї групи, буде переданий магістральним комутатором як показано малюнку 10. Магістральний комутатор забезпечує одночасну передачу пакетів зі швидкістю середовища між будь-якими парами своїх портів. Подібно до комутаторів для робочих груп, магістральні комутатори можуть підтримувати різну швидкість для своїх портів. Магістральні комутатори можуть працювати з сегментами 10Base-T та сегментами на основі коаксіального кабелю. У більшості випадків використання магістральних комутаторів забезпечує більш простий та ефективний спосіб підвищення продуктивності мережі порівняно з маршрутизаторами та мостами.

Основним недоліком при роботі з магістральними комутаторами є те, що на рівні робочих груп користувачі працюють з середовищем, якщо вони підключені до сегментів, організованих на основі повторювачів або коаксіального кабелю. Понад те, час відгуку лише на рівні робочої групи може бути досить великим. На відміну від вузлів, підключених до портів комутатора, для вузлів, що знаходяться в сегментах 10Base-T або сегментах на основі коаксіального кабелю смуга 10 Mbps не гарантується і вони часто змушені чекати, поки інші вузли не закінчать передачу своїх пакетів. На рівні робочої групи зберігаються колізії, а фрагменти пакетів з помилками будуть пересилатися у всі мережі, підключені до магістралі. Перерахованих недоліків можна уникнути, якщо на рівні робочих груп використовувати комутатори замість хабів 10Base-T. У більшості ресурсомістких додатків комутатор 100 Mbps може виконувати роль швидкісної магістралі для комутаторів робочих груп з портами 10 та 100 Mbps, концентраторами 100 Mbps та серверами, у яких встановлені адаптери Ethernet 100 Mbps.

Порівняння можливостей

Основні властивості комутаторів Ethernet наведені у таблиці:

Переваги комутаторів Ethernet

Нижче наведено основні переваги використання комутаторів Ethernet:
Підвищення продуктивності за рахунок високошвидкісних з'єднань між сегментами Ethernet (магістральні комутатори) або вузлами мережі (комутатори для робочих груп). На відміну від середовища Ethernet комутатори дозволяють забезпечити зростання інтегральної продуктивності при додаванні в мережу користувачів або сегментів.
Зниження кількості колізій, особливо у випадках, коли кожен користувач підключений до окремого порту комутатора.
Незначні витрати при переході від середовища до комутованої за рахунок збереження існуючої інфраструктури 10 Mbps Ethernet (кабелі, адаптери, програми).
Підвищення безпеки за рахунок передачі пакетів тільки в порт, до якого підключений адресат.
Мінімальний та передбачуваний час затримки за рахунок того, що смугу поділяє невелику кількість користувачів (в ідеалі - один).

Порівняння мережевих пристроїв

Повторювачі

Повторювачі Ethernet, контекст мереж 10Base-T часто звані концентраторами або хабами, працюють відповідно до стандарту IEEE 802.3. Повторювач просто передає отримані пакети у всі порти незалежно від адресата.

Хоча всі пристрої, підключені до повторювача Ethernet (включно з іншими повторювачами) "бачать" весь мережевий трафік, отримати пакет повинен тільки той вузол, якому він адресований. Усі інші вузли мають ігнорувати цей пакет. деякі мережні пристрої (наприклад, аналізатори протоколів) працюють на основі того, що мережеве середовище (типу Ethernet) є загальнодоступним та аналізують весь мережевий трафік. Для деяких середовищ, однак, здатність кожного вузла бачити всі пакети неприйнятна з міркувань безпеки.

З погляду продуктивності повторювачі просто передають пакети з використанням усієї смуги каналу. Затримка, що вноситься повторювачем, дуже мала (відповідно до IEEE 802.3 - менше 3 мікросекунд). Мережі, що містять повторювачі, мають смугу 10 Mbps подібно сегменту на основі коаксіального кабелю і прозорі для більшості мережевих протоколів, таких як TCP/IP та IPX.

Мости

Мости функціонують відповідно до стандарту IEEE 802.1d. Подібно до комутаторів Ethernet мости не залежать від протоколу і передають пакети порту, до якого підключений адресат. Однак, на відміну від більшості комутаторів Ethernet, мости не передають фрагменти пакетів при виникненні колізій та пакети з помилками, оскільки всі пакети буферизуються перед їх пересиланням до порту адресата. Буферизація пакетів (store-and-forward) призводить до виникнення затримки проти комутацією на лету. Мости можуть забезпечувати продуктивність, рівну пропускній здатності середовища, проте внутрішнє блокування дещо знижує швидкість їхньої роботи.

Маршрутизатори

Робота маршрутизаторів залежить від мережевих протоколів та визначається пов'язаною з протоколом інформацією, що передається в пакеті. Подібно до мостів, маршрутизатори не передають адресату фрагменти пакетів при виникненні колізій. Маршрутизатори зберігають пакет повністю у пам'яті перш, ніж передати його адресату, отже, під час використання маршрутизаторів пакети передаються із затримкою. Маршрутизатори можуть забезпечувати смугу, рівну пропускній здатності каналу, однак для них характерна наявність внутрішнього блокування. На відміну від повторювачів, мостів і комутаторів маршрутизатори змінюють всі пакети, що передаються.

Резюме

Основні відмінності між мережними пристроями показані у таблиці 2.

продуктивність, є:

швидкість фільтрації кадрів;
швидкість просування кадрів;
пропускна спроможність;
затримка передачікадру.

Крім того, існує кілька характеристик комутатора, які найбільше впливають на зазначені характеристики продуктивності. До них відносяться:

тип комутації;
розмір буфера (буферів) кадрів;
продуктивність комутуючої матриці;
продуктивність процесора чи процесорів;
розмір таблиці комутації.

Швидкість фільтрації та швидкість просування кадрів

Швидкість фільтрації та просування кадрів – це дві основні характеристики продуктивності комутатора. Ці характеристики є інтегральними показниками і залежить від того, як технічно реалізований комутатор.

Швидкість фільтрації (filtering)

прийом кадру до свого буфера;
відкидання кадру, у разі виявлення у ньому помилки (не співпадає контрольна сума, або кадр менше 64 байт або більше 1518 байт);
відкидання кадру для виключення петель у мережі;
відкидання кадру відповідно до настроєних на порті фільтрів;
перегляд таблиці комутаціїз метою пошуку порту призначення на основі МАС-адреси приймача кадру та відкидання кадру, якщо вузол-відправник та одержувач кадру підключені до одного порту.

Швидкість фільтрації практично у всіх комутаторів є неблокуючою – комутатор встигає відкидати кадри в темпі їх надходження.

Швидкість просуваннявизначає швидкість, з якою комутатор виконує наступні етапи обробки кадрів:

прийом кадру до свого буфера;
перегляд таблиці комутаціїз метою знаходження порту призначення на основі МАС-адреси одержувача кадру;
передача кадру в мережу через знайдений по таблиці комутаціїпорт призначення.

Як швидкість фільтрації, і швидкість просування вимірюється зазвичай у кадрах на секунду. Якщо в характеристиках комутатора не уточнюється, для якого протоколу та для якого розміру кадру наведено значення швидкостей фільтрації та просування, то за умовчанням вважається, що ці показники даються для протоколу Ethernet та кадрів мінімального розміру, тобто кадрів завдовжки 64 байт (без преамбули) з полем даних 46 байт. Застосування як основний показник швидкості обробки комутатором кадрів мінімальної довжини пояснюється тим, що такі кадри завжди створюють для комутатора найбільш важкий режим роботи в порівнянні з кадрами іншого формату при рівній пропускній здатності даних, що передаються. Тому при проведенні тестування комутатора режим передачі кадрів мінімальної довжини використовується як найскладніший тест, який повинен перевірити здатність комутатора працювати за найгіршого поєднання параметрів трафіку.

Пропускна здатність комутатора (throughput)вимірюється кількістю даних користувача (у мегабітах або гігабітах в секунду), переданих в одиницю часу через його порти. Так як комутатор працює на канальному рівні, для нього даними користувача є ті дані, які переносяться в поле даних кадрів протоколів канального рівня - Ethernet, Fast Ethernet і т. д. Максимальне значення пропускної здатності комутатора завжди досягається на кадрах максимальної довжини, так як при При цьому частка накладних витрат на службову інформацію кадру набагато нижче, ніж для кадрів мінімальної довжини, а час виконання комутатором операцій з обробки кадру, що припадає на один байт інформації користувача, істотно менше. Тому комутатор може бути блокуючим для кадрів мінімальної довжини, але мати дуже хороші показники пропускної здатності.

Затримка передачі кадру (Forward Delay)вимірюється як час, що минув з приходу першого байта кадру на вхідний порт комутатора досі появи цього байта з його вихідному порту. Затримка складається з часу, що витрачається на буферизацію байт кадру, а також часу, який витрачається на обробку кадру комутатором, а саме на перегляд таблиці комутації, прийняття рішення про просування та отримання доступу до середовища вихідного порту

Величина затримки, що вноситься комутатором, залежить від використовуваного в ньому методу комутації. Якщо комутація здійснюється без буферизації, то затримки зазвичай невеликі і становлять від 5 до 40 мкс, а за повної буферизації кадрів - від 50 до 200 мкс (для кадрів мінімальної довжини).

Розмір таблиці комутації

Максимальна ємність таблиці комутаціївизначає граничну кількість MAC-адрес, якими може одночасно оперувати комутатор. В таблиці комутаціїдля кожного порту можуть зберігатися як динамічно вивчені МАС-адреси, так і статичні МАС-адреси, створені адміністратором мережі.

Значення максимальної кількості МАС-адрес, яке може зберігатися в таблиці комутації, Залежить від області застосування комутатора. Комутатори D-Link для робочих груп та малих офісів зазвичай підтримують таблицю МАС-адрес ємністю від 1К до 8К. Комутатори великих робочих груп підтримують таблицю МАС-адрес ємністю від 8К до 16К, а комутатори магістралей мереж - як правило, від 16К до 64К адрес і більше.

Недостатня ємність таблиці комутаціїможе спричиняти уповільнення роботи комутатора та засмічення мережі надлишковим трафіком. Якщо таблиця комутації повністю заповнена, і порт зустрічає новий МАС-адреса джерела у кадрі, що надійшов, комутатор не зможе занести його в таблицю. І тут кадр у відповідь цей МАС-адреса буде розісланий всі порти (крім порта-источника), тобто. Викличе лавинну передачу.

Об'єм буфера кадрів

Для забезпечення тимчасового зберігання кадрів у тих випадках, коли їх неможливо негайно передати на вихідний порт, комутатори залежно від реалізованої архітектури оснащуються буферами на вхідних, вихідних портах або загальним буфером для всіх портів. Розмір буфера впливає як затримку передачі кадру, і на швидкість втрати пакетів. Тому що більше обсяг буферної пам'яті, тим менш ймовірні втрати кадрів.

Зазвичай комутатори, призначені для роботи у відповідальних частинах мережі, мають буферну пам'ять у кілька десятків або сотень кілобайт на порт. Загальний всім портів буфер зазвичай має обсяг у кілька мегабайт.

Тема гігабітного доступу стає все актуальнішим, тим більше зараз, коли конкуренція зростає, ARPU падає, а тарифами навіть у 100 Мбіт уже нікого не здивувати. Ми вже давно розглядали питання щодо переходу на гігабітний доступ. Відштовхувала ціна обладнання та комерційна доцільність. Але конкуренти не сплять, і коли навіть Ростелеком почав надавати тарифи понад 100 Мбіт, ми зрозуміли, що більше чекати не можна. До того ж, ціна за гігабітний порт відчутно знизилася і ставити FastEthernet-комутатор, який через пару років все одно доведеться міняти на гігабітний, стало просто невигідно. Тому й почали вибирати гігабітний комутатор для використання лише на рівні доступу.

Ми розглянули різні моделі гігабітних комутаторів і зупинилися на двох, найбільш підходящих за параметрами, і при цьому відповідних нашим бюджетним очікуванням. Це Dlink DGS-1210-28ME та .

Корпус

Корпус SNR зроблений з товстого, міцного металу, що робить його важчим за "конкурента". D-link зроблений із тонкої сталі, що забезпечує йому виграш у вазі. Однак робить більш схильним до зовнішніх дій за рахунок меншої міцності.

D-link компактніше: його глибина 14 см, тоді як у SNR - 23 см. Роз'єм живлення SNR розташований спереду, що, безсумнівно, полегшує монтаж.

Блоки харчування

Блок живлення D-link

Блок живлення SNR

Незважаючи на те, що блоки живлення дуже схожі, відмінності ми таки виявили. Блок живлення D-link зроблений економно, можливо, навіть занадто - відсутнє лакове покриття плати, на вході та на виході захист від перешкод мінімальний. У результаті, по Dlink є побоювання, що ці нюанси позначаться на чутливості комутатора до стрибків напруги, роботи при змінній вологості, і в умовах запиленості.

Плата комутатора

Обидві плати зроблені акуратно, претензій до монтажу немає, проте SNR текстоліт більш якісний, і плата зроблена за технологією безсвинцевої пайки. Мова, звичайно, не про те, що в SNR міститься менше свинцю (ніж у Росії нікого не злякаєш), а про те, що ці комутатори виробляються на більш сучасній лінії.

Крім того, знову, як і у випадку із блоками живлення, D-link заощадила на лаковому покритті. У SNR лакове покриття на платі є.

Мабуть, мається на увазі, що умови роботи свічок доступу D-link повинні бути апріорі відмінними - чисто, сухо, прохолодно ... як у всіх. ;)

Охолодження

Обидва комутатори мають пасивну систему охолодження. У D-link радіатори більшого розміру, і це безперечний плюс. Однак, SNR має вільний простір між платою і задньою стінкою, що позитивно позначається на тепловідведенні. Додатковий нюанс – наявність тепловідвідних пластин, розташованих під чіпом, та відводять тепло на корпус комутатора.

Ми провели невеликий тест – заміряли температуру радіатора на чіпі у звичайних умовах:

Комутатор розташований на столі при кімнатній температурі 22 °C,
Встановлено 2 SFP-модулі,
Чекаємо на 8-10 хвилин.

Результати тесту здивували – D-link нагрівся до 72С, тоді як SNR – лише до 63С. Що буде з D-link у щільно забитому ящику влітку у спеку, краще не думати.

Температура на D-link 72 градуси

На SNR 61 C, політ нормальний

Грозозахист

Комутатори оснащені різною системою грозозахисту. У D-link використовуються газорозрядники. У SNR-варістори. Кожна з них має свої плюси та мінуси. Однак, час спрацьовування у варисторів краще, і це забезпечує якісніший захист самого комутатора та абонентських пристроїв, підключених до нього.

Резюме

Від D-link залишається відчуття економії на всіх компонентах – на блоці живлення, платі, корпусі. Тому, у разі справляє враження кращого нам продукту.

Ця локальна мережа будується на комутаторах, у цій главі розглядаються основні характеристики продуктивності комутаторів.

Основними характеристиками комутатора, що вимірюють його продуктивність, є:

- Швидкість фільтрації (filtering);
- Швидкість маршрутизації (forwarding);
- пропускна спроможність (через пуск);
- Затримка передачі кадру.

- Розмір буфера (буферів) кадрів;
- продуктивність внутрішньої шини;
- продуктивність процесора чи процесорів;
- Розмір внутрішньої адресної таблиці.

Швидкість фільтрації та просування кадрів – це дві основні характеристики продуктивності комутатора. Ці показники є інтегральними показниками, де вони залежать від цього, як технічно реалізований комутатор.

Швидкість фільтрації визначає швидкість, з якою комутатор виконує наступні етапи обробки кадрів:

- Прийом кадру в свій буфер;
- Знищення кадру, так як його порт призначення збігається з портом-джерелом.

Швидкість просування визначає швидкість, з якою комутатор виконує такі етапи обробки кадрів:

- Прийом кадру в свій буфер;
- Перегляд адресної таблиці з метою знаходження порту для адреси призначення кадру;
- передача кадру мережу через знайдений по адресної таблиці порт призначення.

Як швидкість фільтрації, і швидкість просування вимірюються зазвичай у кадрах на секунду. Якщо в характеристиках комутатора не уточнюється, для якого протоколу та для якого розміру кадру наведено значення швидкостей фільтрації та просування, то за умовчанням вважається, що ці показники даються для протоколу Ethernet та кадрів мінімального розміру, тобто кадрів завдовжки 64 байта (без преамбули), з полем даних 46 байт. Якщо швидкості вказані для певного протоколу, наприклад, Token Ring або FDDI, то вони також дані для кадрів мінімальної довжини цього протоколу (наприклад, кадрів довжини 29 байт для протоколу FDDI).

Застосування як основний показник швидкості роботи комутатора кадрів мінімальної довжини пояснюється тим, що такі кадри завжди створюють для комутатора найбільш важкий режим роботи в порівнянні з кадрами іншого формату при рівній пропускній здатності даних, що переносяться. Тому при проведенні тестування комутатора режим передачі кадрів мінімальної довжини використовується як найскладніший тест, який повинен перевірити здатність комутатора працювати за найгіршого поєднання для нього параметрів трафіку. Крім того, для пакетів мінімальної довжини швидкість фільтрації та просування мають максимальне значення, що має важливе значення при рекламі комутатора.

Пропускна здатність комутатора вимірюється кількістю переданих в одиницю часу через його порти даних користувача. Оскільки комутатор працює на канальному рівні, то для нього даними є ті дані, які переносяться в поле даних кадрів протоколів канального рівня - Ethernet, Token Ring, FDDI і т.п. Максимальне значення пропускної спроможності комутатора завжди досягається на кадрах максимальної довжини, тому що при цьому і частка накладних витрат на службову інформацію кадру набагато нижче, ніж для кадрів мінімальної довжини, і час виконання комутатором операцій з обробки кадру, що припадає на один байт інформації користувача, істотно менше.

Залежність пропускної спроможності комутатора від розміру кадрів, що передаються, добре ілюструє приклад протоколу Ethernet, для якого при передачі кадрів мінімальної довжини досягається швидкість передачі в 14880 кадрів в секунду і пропускна здатність 5,48 Мбіт/с, а при передачі кадрів максимальної довжини - швидкість передачі в 812 кадрів за секунду і пропускну здатність 9,74 Мбіт/c. Пропускна здатність падає майже вдвічі при переході на кадри мінімальної довжини, і це ще не враховуючи втрат часу на обробку кадрів комутатором.

Затримка передачі кадру вимірюється як час, що минув з моменту приходу першого байта кадру на вхідний порт комутатора до появи цього байта на вихідному порту комутатора. Затримка складається з часу, що витрачається на буферизацію байт кадру, а також часу, що витрачається на обробку кадру комутатором - перегляд адресної таблиці, прийняття рішення про фільтрацію або просування та отримання доступу до середовища вихідного порту.

Величина затримки, що вноситься комутатором, залежить від режиму його роботи. Якщо комутація здійснюється "на льоту", то затримки зазвичай невеликі і становлять від 10 до 40 мкс, а при повній буферизації кадрів - від 50 до 200 мкс (для кадрів мінімальної довжини).

Комутатор - це багатопортовий пристрій, тому для нього прийнято всі наведені вище характеристики (крім затримки передачі кадру) давати у двох варіантах. Перший варіант - сумарна продуктивність комутатора при одночасної передачі трафіку по всіх портах, другий варіант - продуктивність, наведена в розрахунку на один порт.

Так як при одночасної передачі трафіку декількома портами існує безліч варіантів трафіку, що відрізняється розмірами кадрів в потоці, розподілом середньої інтенсивності потоків кадрів між портами призначення, коефіцієнтами варіації інтенсивності потоків кадрів і т.д. і т.п., то при порівнянні комутаторів за продуктивністю необхідно брати до уваги, для якого варіанту трафіку отримані дані продуктивності, що публікуються.

Оцінка необхідної загальної продуктивності комутатора.

В ідеальному випадку комутатор, встановлений у мережі, передає кадри між вузлами, підключеними до його портів, з тією швидкістю, з якою вузли генерують ці кадри, не вносячи додаткових затримок і не втрачаючи жодного кадру. У реальній практиці комутатор завжди вносить деякі затримки під час передачі кадрів, і навіть деякі кадри втрачати, тобто не доставляти їх адресатам. Через відмінності у внутрішній організації різних моделей комутаторів, важко передбачити, як той чи інший комутатор передаватиме кадри якогось конкретного зразка трафіку. Кращим критерієм, як і раніше, залишається практика, коли комутатор ставиться в реальну мережу, і вимірюються затримки, що вносяться ним, і кількість втрачених кадрів.

Крім пропускних здібностей окремих елементів комутатора, таких як процесори портів або загальна шина, на продуктивність комутатора впливають такі параметри як розмір адресної таблиці і обсяг загального буфера або окремих буферів портів.

Розмір адресної таблиці.

Максимальна ємність адресної таблиці визначає максимальну кількість MAC-адрес, з якими може одночасно оперувати комутатор. Так як комутатори найчастіше використовують для виконання операцій кожного порту виділений процесорний блок зі своєю пам'яттю для зберігання екземпляра адресної таблиці, розмір адресної таблиці для комутаторів зазвичай наводиться в розрахунку на один порт. Примірники адресної таблиці різних процесорних модулів не обов'язково містять одну й ту саму адресну інформацію - швидше за все повторюваних адрес буде не так багато, якщо тільки розподіл трафіку кожного порту не повністю рівноймовірний між іншими портами. Кожен порт зберігає ті набори адрес, якими він користується останнім часом.

Значення максимальної кількості МАС-адрес, яке може запам'ятати процесор порту, залежить від області застосування комутатора. Комутатори робочих груп зазвичай підтримують лише кілька адрес на порт, оскільки вони призначені для утворення мікросегментів. Комутатори відділів повинні підтримувати кілька сотень адрес, а комутатори магістралей мереж - до кількох тисяч, зазвичай 4К - 8К адрес.

Недостатня ємність адресної таблиці може спричинити уповільнення роботи комутатора та засмічення мережі надлишковим трафіком. Якщо адресна таблиця процесора порту повністю заповнена, а він зустрічає нову адресу джерела в пакеті, то він повинен витіснити з таблиці будь-яку стару адресу і помістити на його місце новий. Ця операція сама по собі забере у процесора частину часу, але головні втрати продуктивності будуть спостерігатися при надходженні кадру з адресою призначення, який видалити з адресної таблиці. Оскільки адреса призначення кадру невідома, то комутатор повинен передати цей кадр на всі інші порти. Ця операція створюватиме зайву роботу для багатьох процесорів портів, крім того, копії цього кадру потраплятимуть і на ті сегменти мережі, де вони зовсім необов'язкові.

Деякі виробники комутаторів вирішують цю проблему за рахунок зміни алгоритму обробки кадрів із невідомою адресою призначення. Один з портів комутатора конфігурується як магістральний порт, який за замовчуванням передаються всі кадри з невідомою адресою. У маршрутизаторах такий прийом застосовується давно, дозволяючи скоротити розміри адресних таблиць у мережах, організованих за ієрархічним принципом.

Передача кадру на магістральний порт проводиться у розрахунку те, що цей порт підключений до вищому комутатору, який має достатню ємність адресної таблиці і знає, куди треба передати будь-який кадр. Приклад успішної передачі кадру під час використання магістрального порту наведено малюнку 4.1. Комутатор верхнього рівня має інформацію про всіх вузлах мережі, тому кадр з адресою призначення МАС3, переданий йому через магістральний порт, він передає через порт 2 комутатору, якого підключений вузол з адресою МАС3.

Малюнок 4.1 - Використання магістрального порту для доставки кадрів із невідомою адресою призначення

Хоча метод магістрального порту і працюватиме ефективно у багатьох випадках, але можна уявити такі ситуації, коли кадри просто губляться. Одну з таких ситуацій зображено малюнку 4.2. Комутатор нижнього рівня видалив зі своєї адресної таблиці адресу МАС8, який підключений до порту 4, для того, щоб звільнити місце для нової адреси МАС3. При надходженні кадру з адресою призначення МАС8 комутатор передає його на магістральний порт 5, через який кадр потрапляє в комутатор верхнього рівня. Цей комутатор бачить за адресною таблиці, що адреса МАС8 належить його порту 1, через який і надійшов в комутатор. Тому кадр далі не обробляється і просто фільтрується, а отже, не доходить до адресата. Тому більш надійним є використання комутаторів із достатньою кількістю адресної таблиці для кожного порту, а також за допомогою загальної адресної таблиці модулем управління комутатором.

Рисунок 4.2 - Втрата кадру під час використання магістрального порту

Об'єм буфера.

Внутрішня буферна пам'ять комутатора потрібна для тимчасового зберігання кадрів даних у випадках, коли їх негайно передати на вихідний порт. Буфер призначений для згладжування короткочасних пульсацій трафіку. Адже навіть якщо трафік добре збалансований і продуктивність процесорів портів, а також інших обробних елементів комутатора достатня для передачі середніх значень трафіку, це не гарантує, що їх продуктивності вистачить при дуже великих пікових значеннях навантажень. Наприклад, трафік може протягом кількох десятків мілісекунд надходити одночасно на всі входи комутатора, не даючи йому можливості передавати кадри, що приймаються, на вихідні порти.

Для запобігання втратам кадрів при короткочасному багаторазовому перевищенні середнього значення інтенсивності трафіку (а для локальних мереж часто зустрічаються значення коефіцієнта пульсації трафіку в діапазоні 50 - 100) єдиним засобом служить буфер великого обсягу. Як і у разі адресних таблиць, кожен процесорний модуль порту зазвичай має власну буферну пам'ять зберігання кадрів. Чим більший обсяг цієї пам'яті, тим менш ймовірні втрати кадрів при навантаженнях, хоча при незбалансованості середніх значень трафіку буфер все одно рано чи пізно переповниться.

Зазвичай комутатори, призначені для роботи у відповідальних частинах мережі, мають буферну пам'ять у кілька десятків чи сотень кілобайт на порт. Добре, коли цю буферну пам'ять можна перерозподіляти між декількома портами, оскільки одночасні навантаження по кількох портах малоймовірні. Додатковим засобом захисту може бути загальний всім портів буфер в модулі управління комутатором. Такий буфер зазвичай має об'єм у кілька мегабайт.