4. Багаторівнева комутація

Традиційно мережі складалися з окремих пристроїв 2-го і 3-го рівнів. Кожен пристрій використовував різні методи обробки і пересилання трафіку.

Рівень 2

Комутатори рівня 2 є апаратними. Вони пересилають трафік зі швидкістю, що відповідає швидкості передачі середовища, використовуючи внутрішні схеми, що фізично з'єднують кожен порт з усіма іншими портами. Процес пересилання використовує MAC-адресу і наявність MAC-адреси призначення в таблиці MAC-адрес. Комутатор 2-го рівня пересилає трафік тільки всередині одного мережевого сегменту або підмережі.

Рівень 3

Маршрутизатори є програмними пристроями і використовують мікропроцесори для маршрутизації на основі ІP-адрес. Маршрутизація 3-го рівня забезпечує пересилання трафіку між різними мережами та підмережами. Коли пакет приймається на інтерфейсі маршрутизатора, він використовує програмне забезпечення для пошуку ІP-адреси призначення та вибору оптимального шляху до мережі призначення. Потім маршрутизатор передає пакет на потрібний вихідний інтерфейс.

Багаторівневий комутатор поєднує функції комутатора 2-го рівня і маршрутизатора 3-го рівня. Комутація рівня 3 виконується в інтегральній схемі прикладної орієнтації (ASIC – Application-Specific Integrated Circuit). Для функцій пересилання кадрів і пакетів використовується одна мікросхема ASIC.

Багаторівневі комутатори часто зберігають або додають у кеш дані маршрутизації по джерелу і призначенню, отримані з першого пакету в сеансі. Наступним пакетам не доводиться виконувати пошук у таблиці маршрутизації тому, що вони знаходять дані маршрутизації в пам'яті. Таким чином, кешування збільшує продуктивність цих пристроїв.

5. Типи комутації

Коли з'явилася комутація, комутатори підтримували два методи пересилання кадру з одного порту на інший: пересилання з буферизацією (store and forward) і комутація без буферизації (cut-through swіtchіng). Кожен з методів має свої переваги і недоліки.

Комутація з буферизацією

При використанні цього типу комутації повний кадр зчитується і зберігається в пам'яті перед передачею пристрою призначення. Комутатор перевіряє цілісність бітів в кадрі, обчислюючи значення циклічного контролю парності (CRC – Cyclic Redundancy Check). Якщо розраховане значення CRC збігається зі значенням у полі CRC кадру, комутатор пересилає кадр через порт призначення. Комутатор не пересилає кадри, якщо значення CRC не збігаються. Значення CRC знаходиться в полі контрольної послідовності кадру (FCS – Frame Check Sequence) в кадрі Ethernet.

Хоча цей метод дозволяє запобігти передачі пошкоджених кадрів в інші сегменти, він викликає значні затримки. Тому комутація з буферизацією в основному використовується в середовищах з високою імовірністю виникнення помилок, наприклад у середовищах, що часто піддаються впливу електромагнітних імпульсів.

Наскрізна комутація

Інший основний метод комутації – наскрізна комутація. Наскрізна комутація включає два методи: швидке пересилання і комутація з виключенням фрагментів. При використанні обох методів комутатор пересилає кадр, не чекаючи його повного прийому. Оскільки комутатор не обчислює і не перевіряє значення CRC, можлива передача пошкоджених кадрів.

Швидке пересилання – найшвидший метод комутації. Комутатор пересилає кадри з порту призначення відразу після зчитування MAC-адреси. Цей метод характеризується найменшим запізненням, але може пересилати пошкоджені фрагменти. Цей метод комутації найкраще працює в стабільній мережі з невеликою кількістю помилок.

При комутації з виключенням фрагментів комутатор зчитує перші 64 байти кадру перед початком пересилання цього кадру з порту призначення. Мінімальний допустимий кадр Ethernet складає 64 байти. Кадри меншого розміру, як правило, є результатом колізій і називаються кадрами з недопустимо малою довжиною. Перевірка перших 64 байт гарантує, що комутатор не перенаправляє колізійні фрагменти.

Комутація з буферизацією має найбільшу затримку, швидке пересилання – найменшу. Затримки комутації з виключенням фрагментів лежать посередині між цими методами. Комутація з виключенням фрагментів є оптимальним методом у середовищах, в яких виникає багато колізій. У якісно спроектованій мережі колізії не є проблемою, тому кращим методом є швидка комутація. В даний момент більшість комутаторів Cіsco для локальних мереж використовують метод з буферизацією. Це пов'язано з тим, що нові технології і низький час обробки дозволяють комутаторам зберігати й обробляти кадри майже так швидко, як при наскрізній комутації, але без помилок. Крім того, багато функцій вищого класу, такі як багаторівнева комутація, використовують метод комутації з буферизацією.

Крім того, деякі нові комутатори 2-го і 3-го рівнів можуть змінювати метод комутації відповідно до зміни стану мережі. Ці комутатори виконують швидке пересилання кадрів, щоб забезпечити мінімальну затримку. Незважаючи на те, що комутатор не виявляє помилки перед пересиланням кадру, помилки розпізнаються, і їхня кількість зберігається в пам'яті. Число виявлених помилок порівнюється з попередньо заданим граничним значенням.

Якщо кількість помилок перевищує граничне значення, значить комутатор передав недопустиме число помилкових кадрів. У цьому випадку комутатор переключається на метод з буферизацією. Якщо кількість помилок опускається нижче граничного значення, комутатор повертається в режим швидкого пересилання. Цей режим називається адаптивною наскрізною комутацією.