Коммутаторы

Коммутаторы разработаны для решения проблемы недостаточной производительности сети из-за нехватки пропускной способности и наличия узких мест. Однако в противовес общему мнению и рекламе, коммутаторы не панацея от всех проблем с производительностью и обеспечением связи в сети.

Коммутатор сегментирует сеть на меньшие коллизионные домены (в среде Token Ring), в результате каждая конечная станция получает большую долю суммарной пропускной способности. Эти устройства, по существу, - мосты с множеством портов. Подобно мостам, они направляют ракеты из одной сети в другую. Используемые в коммутаторах, интегральные схемы специального назначения ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), объединяют функции одного или нескольких мостов. Поэтому коммутатор обеспечивает довольно высокую производительность всех портов при относительно низкой цене за порт.

Кроме внутренних компонентов на производительность коммутаторов влияют еще две характеристики - способ передачи и буферизации пакетов. Некоторые коммутаторы ожидают получение всего пакета целиком перед тем, как передать его дальше. Этот способ называется коммутацией с промежуточной буферизацией (store-and-forward). Другие коммутаторы используют метод сквозной коммутации (cut - through).

Коммутатор со сквозной коммутацией начинает пересылать пакет сразу же после того, как получит адрес получателя. Этот процесс приводит к гораздо меньшим задержкам, чем в случае промежуточной буферизации, - 40 мкс вместо 1,2 мс на пакет размером 1518 байт. Сквозная коммутация уменьшает время ожидания, но зато получатель будет получать и поврежденные пакеты.

Коммутатор с промежуточной буферизацией записывает приходящий пакет в память, затем проверяет его на наличие ошибок с помощью циклического избыточного кода CRC. Буферизация пакетов увеличивает время ожидания, но уменьшает количество дефектных пакетов и число коллизий, снижающих производительность сети.

Однако метод передачи с буферизацией чреват другими проблемами. Например, при интенсивном трафике буферы могут переполниться. Если все доступные буферы заполнены, коммутатор отбрасывает приходящие пакеты, что резко снижает производительность, поскольку протоколы верхних уровней, обнаруживая пропажу пакетов, требуют повторной передачи. Это приводит к задержкам в работе сети, которые обычно исчисляются секундами и заметны пользователям. Частично данная проблема решается увеличением размера буферов.

Для коммутаторов с промежуточной буферизацией характерны еще и проблемы нехватки памяти. Как мосты, так и коммутаторы поддерживают таблицы сетевых адресов для маршрутизации пакетов. Если буфер адресов заполняется, и мост, и коммутатор или игнорируют новые адреса, отбрасывая пакеты, им адресованные, или отказываются от ранее записанных адресов, освобождая место для новых. В любом случае работа сети страдает. Здесь также может помочь расширение буферов адресов, но при этом увеличатся задержки при передаче пакетов.

Существуют и гибридные коммутаторы. Сначала они работают как сквозные коммутаторы и, проверяя CRC, следят за количеством возникающих ошибок. Когда число ошибок достигает определенного порога, коммутаторы начинают работать, как коммутаторы с буферизацией и продолжают работать в таком режиме, пока количество ошибок не снизится. Потом коммутаторы вновь возвращаются к методу сквозной коммутации. Данные коммутаторы называются пороговыми (threshold detection) , или адаптивными.

Коммутация может осуществляться как для отдельных узлов, так и для целых сегментов сети. Коммутация для индивидуальных узлов приводит к созданию доменов из одного компьютера, фактически, исключая коллизии в таком сетевом сегменте. Коммутация для сетевых сегментов, состоящих из нескольких узлов, снижает вероятность коллизий.

Большинство коммутаторов также позволяет соединять низкоскоростные сети, например Ethernet на 10 Мбит/с, с высокоскоростными сетями - Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN и FDDI. Этот подход часто используется при соединении низкоскоростных сетей рабочих групп с высокоскоростными магистральными сетями.

Коммутаторы имеют несколько существенных недостатков. Подобно мостам, они пересылают широковещательные пакеты и почти не обеспечивают защиту от лавин пакетов. Кроме того, устройства сквозной коммутации пересылают дефектные или неполные пакеты, а устройства с буферизацией перестают пропускать пакеты при повышении интенсивности трафика.