9) Принцип работы коммутаторов. Типы коммутаторов. Функции коммутаторов (схемы)
Коммутатор – устройство конструктивно выполнено в виде сетевого концентратора и действует как высокоскоростной многопортовый мост. Он работает за счет аппаратного обеспечения. Машрутизатор за счет программного.
Мосты. Предназначены для соединения сетевых сегментов имеющих различные сетевые среды. Мосты используются для связи сегментов имеющие протоколы низкого уровня различными.
Сетевой концентратор или хаб — сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна.
Устройство канального уровня соединяет несколько компьютеров в одну сеть. В отличие от концентратора, коммутатор передает данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность. Принцип работы коммутатора – коммутатор хранит в памяти, в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры и, определив MAC-адреc хоста-отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя еще не известен, то кадр будет продублирован на все интерфейсы. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется.
Существует 4 типа коммутационных систем:
EPP – Ethernet Processor Port
Коммутационная матрица - коммутатор с коммутационной матрицей за счет параллельной обработки данных позволяет реализовать наиболее быстрый способ взаимодействия портов. При передачи используется коммутация на лету. Процессор коммутатора обращается к коммутационной матрице и пытается установить в ней порт, связывающий входные и выходные порты. Коммутационная матрица может сделать это если, порт адреса свободен. Если этот порт занят, то кадр буферизируется в процессе порта.
Недостатки: отсутствует возможность буферизации сообщения в коммутационной матрице, что снижает качество, но увеличивает скорость.
Коммутатор с разделяемой многовходовой памятью - блок управления обеспечивает управление переключателями входа и выхода и запись разделяемою память информацией. Входные блоки процессора портов соединяются через переключатели входа с разделяемой памятью, а выходные блоки этих же процессов соединяются с разделяемой памятью через переключатели выхода. Блок управления портами по очереди переключает входную память к одному из входу блока процессора и тот переписывает часть данных в очередь определенно выходного порта. Способ передачи с буферизацией, что обеспечивает надежную передачу данных.
Коммутаторы с общей шиной - при данном способе передачи необходимо, что бы скорость работы шины должна быть выше, чем скорость работы портов, в противном случае при увеличении трафика в сети шина станет узкой
Вместе
Режимы коммутации. Существует три способа коммутации (передачи пакетов):
Способы передачи пакетов:
Коммутация на лету - считывает только физический адрес назначения, а сам кадр передается без проверки его содержимого и представляет собой конвейерную обработку кадров с частичным совмещением этапов передачи.
С буферизацией - происходит проверка содержимого кадра, если в кадре содержится ошибка, то он обрабатывается, при этом дополнительно каждый порт коммутатор имеет буферную память большой емкости.
Безфрагментная коммутация - занимает промежуточное положение между коммутацией на лету и буферизацией, в ней буферизируются только первые 64 байта пакета
Способы снижения трафика:
Агрессивное поведение порта - в нормальном состоянии технологическая пауза – 9.6 мкс. У порта коммутатора – 9.1 мкс. После коллизии технологическая пауза от рабочей станции 51.2 мкс, у порта коммутатора 59 мкс.
Метод обратного давления - коммутатор передает рабочей станции нулевые кадры. В этом случае коммутатор может, не нарушая алгоритм работы продолжить передачу кадров.
Технологии коммутаторов по уровням:
L2 – анализирует входящие кадры принимают решение их дальнейшей передачи и передают им пунктам назначение на основе MAC-адресов. Преимущества L2 – прозрачность протоколов верхнего уровня.
L2 с функциями L3 – принимают решение коммутаций на основе большого количества информации. Данные коммутаторы осущевстляют коммутацию на основе адресов как канального, так и сетевого уровня.
L3 – выполняют коммутацию в пределах рабочей группы и маршрутизацию между рабочими группами. Функции L3:
Определение оптимальных путей
Управление широковещательным и многоадресным трафиком.
Фильтрация трафика на основе информации 3 уровня.
IP фрагментация
Коммутаторы 4 уровня считается технологией аппаратной коммутацией уровня 3, которое может учитывать использование приложений, например: FTP, TelNet и использует номера портов находящихся в заголовке транспортного уровня.
Многоуровневые коммутаторы сочетают технологии коммутаций уровня 2,3,4. Принятие решений о передачи данных осуществляется в таких коммутаторах на основе информации:
MAC – адреса, источника или приемника кадра данных.
IP – адреса приемника или заголовка сетевого уровня.
Типа протокола в заголовке сетевого уровня.
Номера портов источника или приемника в заголовке транспортного уровня.