22 Коммутатор лвс. Структурная схема коммутатора и коммутационной матрицы. Коммутация "на лету" и с полной буферизацией.
Обрабатывает кадры параллельно для обслуживания потока, поступающего на каждый порт, в устройство ставился отдельный специализированный процессор, который реализовывал алгоритм моста. По сути, коммутатор - это мультипроцессорный мост, способный параллельно продвигать кадры сразу между всеми парами очень высокая производительность, с которой коммутаторы передают кадры между сегментами сети своих портов. Коммутаторы всегда выпускаются с процессорами портов, которые могут передавать кадры с той максимальной скоростью, на которую рассчитан протокол вобрали в себя многие дополнительные функции поддержка виртуальных сетей (VLAN), приоритезация трафика, использование магистрального порта по умолчанию и т. п.
Каждый из 8 портов 10Base-T обслуживается одним процессором пакетов Ethernet - ЕРР (Ethernet Packet Processor). Кроме того, коммутатор имеет системный модуль, который координирует работу всех процессоров ЕРР. Системный модуль ведет общую адресную таблицу коммутатора и обеспечивает управление коммутатором по протоколу SNMP. Для передачи кадров между портами используется коммутационная матрица, соединяя несколько процессоров с несколькими модулями памяти.
Коммутационная матрица работает по принципу коммутации каналов. Для 8 портов матрица может обеспечить 8 одновременных внутренних каналов при полудуплексном режиме работы портов и 16 - при полнодуплексном, когда передатчик и прием ник каждого порта работают независимо друг от друга.
а - конвейерная обработка; б - обычная обработка с полной буферизацией
Прием первых байт кадра процессором входного порта, включая прием байт адреса назначения.
Поиск адреса назначения в адресной таблице коммутатора (в кэше процессора или в общей таблице системного модуля).
Коммутация матрицы.
Прием остальных байт кадра процессором входного порта.
Прием байт кадра (включая первые) процессором выходного порта через коммутационную матрицу.
Получение доступа к среде процессором выходного порта.
Передача байт кадра процессором выходного порта в сеть.
Главной причиной повышения производительности сети при использовании коммутатора является параллельная обработка нескольких кадров.
Неблокирующий коммутатор - это такой коммутатор, который может передавать кадры через свои порты с той же скоростью, с которой они на них поступают.
23 Управление потоком кадров при полнодуплексном режиме работы. Управление потоком кадров при полудуплексном режиме работы.
При полнодуплексном режиме работы коммутатора узлу разрешается отправлять кадры в коммутатор всегда, когда это ему нужно, недостаток такого метода - коммутаторы сети могут сталкиваться с перегрузками, не имея при этом никаких средств регулирования («притормаживания») потока кадров. Причина перегрузок кроется в ограниченной пропускной способности отдельного порта, которая определяется временными параметрами протокола. Порт Ethernet не может передавать больше 14 880 кадров в секунд.
Если кадры уходят с скоростью меньшей чем поступают, они заносятся в буфер. Какой бы ни был объем буфера порта, он в какой-то момент времени обязательно переполнится. В некоторых протоколах используются специальные кадры управления потоком «Приемник готов» (RR) и «Приемник не готов» (RNR) (например сеть X.25). В этом случае, когда очередь коммутатора доходит до опасной границы, происходит запрет на передачу кадров, пока очередь не уменьшится до нормального уровня.
Если порты коммутатора работают в обычном, то есть в полудуплексном режиме, то у коммутатора имеется возможность оказать некоторое воздействие на конечный узел и заставить его приостановить передачу кадров, пока у коммутатора не разгрузятся внутренние буферы.
Полнодуплексная версиях протокола Ethernet и Fast Ethernet содержит для управления потоком. Соседнему узлу можно направлять команды: «Приостановить передачу» и «Возобновить передачу». Такая простая процедура управления потоком окажется непригодной в сетях Gigabit Ethernet. Полная приостановка приема кадров от соседа при такой большой скорости передачи кадров (1 488 090 кадр/с) может быстро вызвать переполнение внутреннего буфера и произойдет перегрузка сети. Для работы с такими скоростными протоколами необходим более тонкий механизм регулирования потока, который бы указывал, на какую величину нужно уменьшить интенсивность потока входящих кадров в перегруженный коммутатор, а не приостанавливал этот поток до нуля.
При работе порта в полудуплексном режиме коммутатор не может изменять протокол и пользоваться для управления потоком новыми командами, такими как «Приостановить передачу» и «Возобновить передачу». Зато у коммутатора появляется возможность воздействовать на конечный узел с помощью механизмов алгоритма доступа к среде, который конечный узел обязан отрабатывать.
Метод обратного давления (backpressure) состоит в создании искусственных коллизий в сегменте, который чересчур интенсивно посылает кадры в коммутатор. Для этого коммутатор обычно использует jam-последовательность, отправляемую на выход порта, к которому подключен сегмент (или узел), чтобы приостановить его активность.
Второй метод «торможения» конечного узла в условиях перегрузки внутренних буферов коммутатора основан на агрессивном поведении порта коммутатора при захвате среды либо после окончания передачи очередного пакета, либо после коллизии.
