3. Комутація і сегментація мережі

Хоча для створення корпоративної мережі використовуються як комутатори, так і маршрутизатори, архітектура більшості корпоративних мереж у значній мірі ґрунтується на комутаторах. Вартість комутаторів з розрахунку на порт, нижча, ніж у маршрутизаторів, і вони забезпечують швидке пересилання кадрів зі швидкістю передачі даних по кабелю.

Комутатор – універсальний пристрій 2-го рівня, який використовується для з'єднання декількох вузлів. У більш складному варіанті комутатор підключається до одного чи декількох комутаторів для створення, контролю та обслуговування резервних каналів і з'єднань VLAN. Комутатор однаково обробляє всі типи трафіку, незалежно від їхнього призначення.

Комутатор передає трафік у відповідності до MAC-адрес. Кожен комутатор тримає таблицю MAC-адрес у високопродуктивній пам'яті, що називається асоціативною пам'яттю (CAM). Комутатор заново створює таблицю при кожній активації, використовуючи MAC-адреси джерела вхідних кадрів і номера портів, через які вони отримані.

Комутатор видаляє запис з таблиці MAC-адрес, якщо вони не використовуються протягом визначеного періоду часу. Цей період називається таймером старіння (agіng tіmer).

Як тільки одноадресний кадр прибуває на порт, комутатор знаходить MAC-адресу джерела в кадрі. Потім він виконує пошук по таблиці MAC-адрес і знаходить запис, що відповідає адресі.

Якщо MAC-адреса відсутня в таблиці, комутатор додає MAC-адресу і номер порту та активує таймер старіння. Якщо MAC-адреса джерела вже існує, комутатор скидає таймер старіння.

Після цього комутатор шукає MAC-адресу призначення в таблиці MAC-адрес. Якщо запис існує, комутатор пересилає кадр на порт із відповідним номером. Якщо запису не існує, комутатор виконує лавинну маршрутизацію (floods) кадру через всі порти, крім порту, на якому він був прийнятий.

У корпоративному середовищі висока доступність, швидкість та смуга пропускання мережі мають першорядне значення. Розмір доменів широкомовного розсилання і доменів колізій впливає на потоки трафіку. Як правило, великі домени широкомовного розсилання і домени колізій погіршують ці критично важливі показники.

Якщо комутатор отримує широкомовний кадр, він розсилає його з усіх активних інтерфейсів так, як кадр із невідомою MAC-адресою призначення. Усі пристрої, що отримують широкомовне розсилання, складають домен широкомовного розсилання. При збільшенні числа з'єднаних комутаторів, розмір домену широкомовного розсилання також збільшується.

Домени колізій створюють аналогічну проблему. Чим більше пристроїв входить у домен колізій, тим частіше вони виникають.

Комутатори використовують функцію мікросегментації, щоб зменшити розмір домену колізій до одного порту комутатора.

Коли вузол підключається до порту комутатора, створюється виділене підключення. Коли два з'єднаних вузли взаємодіють один з одним, комутатор звертається до таблиці комутації і створює віртуальне підключення (мікросегмент) між портами.

Комутатор підтримує віртуальний канал (VC – Virtual Channel) до припинення сеансу. Кілька віртуальних каналів можуть бути активні одночасно. Мікросегментація покращує коефіцієнт використання смуги пропускання за рахунок зменшення кількості колізій і підтримки декількох паралельних підключень.

Комутатори можуть підтримувати симетричну та асиметричну комутацію. Комутатори, усі порти яких працюють на однаковій швидкості, називаються симетричними. Однак багато комутаторів мають два чи більше високошвидкісних порти. Ці високошвидкісні порти (порти для каскадування) використовуються для підключення до зон з більш високими вимогами до смуги пропускання. Сфери застосування таких портів:

• підключення до інших комутаторів;

• канали зв'язку з серверами;

• підключення до інших мереж.

Для з'єднання портів, що працюють на різних швидкостях, використовується асиметрична комутація. При необхідності комутатор зберігає інформацію в пам'яті, щоб створити буфер між портами з різними швидкостями. Асиметричні комутатори широко поширені в корпоративних середовищах.