2.3 Комутатори

Комутатори – це пристрої канального рівня, які дозволяють поєднати кілька фізичних сегментів локальної мережі в одну велику мережу. Комутація локальних мереж забезпечує взаємодію мережевих пристроїв по виділеній лінії без виникнення колізій, з паралельною передачею декількох потоків даних.

На відміну від концентратора, що поширює трафік від одного увімкненого пристрою до всіх інших, комутатор передає дані тільки безпосередньо отримувачу. Це підвищує продуктивність і безпеку мережі, обмежуючи інші сегменти мережі від обробки даних, які їм не призначалися.

2.3.1 Принцип та режими роботи

Комутатори локальних мереж обробляють кадри на основі алгоритму IEEE 802.1, який застосовується в основному в мережах Ethernet. Комутатор зберігає в пам'яті спеціальну таблицю (MAC-таблицю), в якій вказується відповідність MAC-адреси вузла порту комутатора. При включенні комутатора ця таблиця порожня, і він працює в режимі навчання. У цьому режимі дані, які надходять на певний порт передаються на всі інші порти комутатора. При цьому світч аналізує пакети даних, визначаючи MAC-адресу комп'ютера-відправника, і заносить його в таблицю.

Згодом, якщо на один з портів комутатора надійде пакет, призначений для цього комп'ютера, цей пакет буде відправлений тільки на відповідний порт. Якщо MAC-адреса комп'ютера-одержувача ще не відома, то пакет буде продубльований на всі комп’ютери . З часом комутатор будує повну таблицю для всіх своїх портів, і в результаті трафік локалізується.

Адреси вивчаються динамічно. Це означає, що, як тільки буде прочитано нову адресу, то вона відразу буде занесена в контентно-адресну пам'ять. Щоразу, при занесенні адреси в таблицю комутації, їй присвоюється часовий штамп. Це дозволяє зберігати адреси в таблиці протягом певного часу. Кожен раз, коли йде звернення за цією адресою, вона отримує новий часовий штамп. Адреси, за якими не зверталися довгий час, з таблиці видаляються.

Комутатори локальних мереж підтримують два режими роботи: напівдуплексний режим і дуплексний режим.

Напівдуплексний режим - це режим, при якому, тільки один пристрій може передавати дані в будь-який момент часу в одному домені колізій.

Дуплексний режим - це режим роботи, який забезпечує одночасну двосторонню передачу даних між станцією-відправником і станцією-одержувачем на МАС - підрівні. При роботі в дуплексному режимі, між мережевими пристроями підвищується кількість переданої інформації. Це пов'язано з тим, що дуплексна передача не викликає в середовищі передачі колізій, не вимагає складання розкладу повторних передач і додавання бітів розширення в кінець коротких кадрів.

Дуплексний режим роботи вимагає наявності такої додаткової функції, як управління потоком. Вона дозволяє приймаючому вузлу у разі переповнення дати вузлу-джерелу команду призупинити передачу кадрів на деякий короткий проміжок часу.

Управління здійснюється між МАС-рівнями за допомогою кадру-паузи, який автоматично формується приймаючим МАС рівнем. Якщо переповнення буде ліквідовано до закінчення періоду очікування, то для того, щоб відновити передачу, відправляється другий кадр-пауза з нульовим значенням часу очікування.

Дуплексний режим роботи і супутнє йому управління потоком є додатковими режимами для всіх МАС-рівнів Ethernet незалежно від швидкості передачі. Кадри-паузи ідентифікуються як керуючі МАС-кадри за індивідуальними (зарезервованим) значенням поля довжини / типу. Їм також присвоюється зарезервоване значення адреси приймача, щоб виключити можливість передачі вхідного кадру-паузи до протоколів верхніх рівнів або на інші порти комутатора.