4.4.3.4. Использование в одной сети разных скоростей передачи

Некоторые коммутаторы SAFимеют еще одну весьма привлекательную возможность: они поддерживаютEthernetсо скоростью 10 Мбит/с иFastEthernet, обладающую скоростью 100 Мбит/с, в одном и том же устройстве. Следовательно, одни порты могут работать в режимеEthernet, а остальные – в режимеFastEthernet. Это позволяет полностью прозрачно соединять сегментыEthernetс сегментамиFastEthernet.

Более того, отдельные коммутаторы поддерживают оба режима на каждом из своих портовиавтоматическиопределяют, с какой скоростью должен работать каждый порт. Если порт присоединен к концентратору или узлуEthernet, то будет работать со скоростью 10 Мбит/с; если же порт присоединен к сегменту или узлуFastEthernet, то его скорость составит 100 Мбит/с.

Совершенно очевидно, что наличие таких коммутаторов весьма облег­чает переход от существующих систем EthernetкFastEthernet. Многие устройства можно оставить присоединенными к сегментамEthernet. Напри­мер, сетевые принтеры вовсе не обязательно присоединять к сегментамFastEthernetнапрямую. Некоторые типы унаследованного оборудования, в част­ности рабочие станцииUNIX, имеют встроенные сетевые интерфейсы, не допускающие модификации до уровняFastEthernet. Подключая такое уст­ройство прямо к порту коммутатора, мы обеспечиваем ему полностью прозрачную связь сFastEthernetсо скоростью 10 Мбит/с.

Подобные двухскоростные устройства обычно работают без сбоя, так как медленные порты полностью изолированы от высокоскоростных при помо­щи механизма store-and-forward, в противоположность методуcut-through, который требует одинаковой скорости работы входных и выходных портов.

4.4.3.5. Гибридные коммутаторы

Многие современные коммутаторы EthernetиFastEthernetсовмещают методы коммутацииCut-ThroughиStore-and-Forward. Часто комму­татор работает в режимеCut-Through, пока нет перегрузки и мало ошибок. А при возникновении перегрузки или чрезмерного количества ошибочных пакетов гибридный коммутатор переходит в режим Store-and-Forward.

В более совершенных моделях решение о применении того или иного метода коммутации может меняться от кадра к кадру. Часто такой прием называют адаптивной коммутацией. Он обеспечивает очень маленькое время задержки коммутации методом Cut-Throughпри нормальной работе сети и отказоустойчивость метода Store-and-Forward при возникновении перегрузки или ошибок. При этом используется методInterimCut-Through, потому что увеличение времени задержки ретрансляции не такое уж и значительное, а преимущества фильтрации карликовых кадров велики.

Многие коммутаторы имеют очень сложные внутренние схемы буфе­ризации, помогающие избежать перегрузок во всех случаях, кроме самых тяжелых. Некоторые из них используют буферы во входных и выходных портах в комбинации с общим буфером. Такие коммутаторы могут про­пускать без перегрузки; огромное количество информации, правда цена их несколько выше.

4.4.3.6. Полнодуплексные связи

Большинство коммутаторов FastEthernetи новых коммутаторовEthernetподдерживают полнодуплексный режим. Он обеспечивается только в том случае, если два сетевых интерфейса типа двух узлов или узла и порта коммутации связаны напрямую. Такой тип связи часто называют связью "точка-точка".

Если два узла FastEthernetсоединены связью "точка-точка" типа 100Base-TXили 100Base-FX, то может произойти интересная вещь: механизмCSMA/CDполностьюотключится! Другими словами, они смогут взаимодействовать без коллизий и не прерываясь, когда передает другой узел. Такое "волшебство" возможно благодаря сущности связи "точка-точка".

Связь между узлом ТХ (или FX) и концентрато­ром изначально является полнодуплексной, потому что пути передачи и приема полностью разделены. Обычно узел подключен к концентратору и обязан использовать правила доступа к среде CSMA/CD. Порт концентратора не способен поддерживать полнодуплексную связь и всегда работает в режиме CSMA/CD. Тем не менее, когда два узла соединены напрямую с использованием связи ТХ или FX, то между ними существуют два полностью независимых пути передачи (рис. 4.20.).

Рис. 4.20. Полнодуплексная связь 100Base-TX.

Как показано на рис. 4.20., кадры перемещаются по паре 1 кабеля от левого узла к правому. От правого узла к левому они перемещаются по паре 3. Поскольку потоки кадров между узлами идут по различным путям, конфликт никогдане произойдет. Поэтому на обоих узлах механизм CSMA/CD может быть отключен, будет соблюдаться лишь правилоIPG. В случае полнодуп­лексной связи алгоритм передачи становится очень простым.

Наиболее очевидное преимущество полнодуплексной связи состоит в том, что ни один узел никогда не уступает передачу другому. При условии соблюдения правила IPG оба узла могут передавать в любое время. Значит, они могут передавать одновременно. Из этого следует еще более важное преимущество полнодуплексных связей: каждый узел располагает двумя каналами, обеспечивающими скорость передачи данных в оба конца 100 Мбит/с, т.е. общей полосой пропускания в 200 Мбит/с. Другими слова­ми, совместное использование среды со скоростью 100 Мбит/с через конце­нтратор заменяется взаимодействием узлов по двум каналам с такой же производительностью и общей полосой пропускания в 200 Мбит/с.

В обоих направлениях данные могут проходить со скоростью 12,1 Мбайт/с. В отсутствие коллизий значение показателя использования сети в полнодуплексном соединении может достичь теоретического макси­мума, равного 98%, а полнодуплексная связь, подолгу работающая с 80%-ным показателем использования сети, не является чем-то необычным.

Естественно, соединение двух узлов, например двух компьютеров или компьютера с принтером, нецелесообразно и имеет ограниченную область применения. Такое соединение обычно используется в том случае, когда один из узлов служит коммутатором FastEthernetилиEthernet. Поскольку между устройством и коммутатором не возникает коллизий, такую связь намного труднее перегрузить, и между ними может передаваться намного больше данных, чем при работе в режимеCSMA/CD.

Не все узлы нуждаются в полнодуплексной связи с коммутатором, и в первую очередь это относится к дешевым рабочим станциям и принтерам. Однако высокоскоростные рабочие станции, а особенно серверы, получают реальные преимущества от использования такой связи. Применение полно­дуплексных связей может реально увеличить эффективность работы локаль­ной сети FastEthernetс высокопроизводительными рабочими станциями и серверами.

Подводя итоги сказанному, можно заключить, что коммутатор – это просто мост. Все современные коммутаторы EthernetиFastEthernetявляются полностью запоминающими мостами; они поддерживают алгоритм и протокол остовного дерева, согласующийся со спецификацией 802.1D. Хотя коммутаторы и работают подобно прозрачным запоминающим мос­там, их внутренняя архитектуразаметноотличается от архитектуры старых мостов, основанных на центральном процессоре.