25.3 Коммутаторы Ethernet

Коммутатор - многопортовый мост. Коммутатор работает на втором канальном уровне ОSI модели. Главное назначение коммутатора - обеспечение разгрузки сети посредством локализации трафика в пределах отдельных сегментов. Ключевым звеном коммутатора является архитектура без блокирования (non-blocking), которая позволяет установить множественные связи Ethernet между разными парами портов одновременно, причем кадры не теряются в процессе коммутации. Сам трафик между взаимодействующими сетевыми устройствами остается локализованным. Локализация осуществляется с помощью адресных таблиц, устанавливающих связь каждого порта с адресами сетевых устр-тв, относящихся к сегменту этого порта.

Таблица заполняется в процессе анализа коммутатором адресов станций-отправителей в передаваемых ими кадрах. Кадр передается через коммутатор локально в соответствующий порт только тогда, когда адрес станции назначения, указанный в поле кадра, уже содержится в адресной таблице этого порта. В случае отсутствия адреса станции назначения в таблице, кадр рассылается во все остальные сегменты. Если коммутатор обнаруживает, что МАС-адрес станции назначения у приходящего кадра находится в таблице МАС-адресов, приписанной за портом, по которому пришел данный кадр, то этот кадр сбрасывается - его непосредственно получит станция назначения, находящаяся в том же сегменте. И наконец, если приходящий кадр является широковещательным (broadcast), т.е. если все биты поля МАС-адреса получателя в кадре задаются равными 1, то такой кадр будет размножаться коммутатором (подобно концентратору), т.е. направляться во все остальные порты.

Различают две альтернативные технологии коммутации:

1. без буферизации (cut-through, также используется термин on-the-fly - на лету);

2. с буферизацией SAF (store-and-forward, также используется термин buffered switching -буферная коммутация).

Коммутатор, работающий без буферизации, практически сразу же после чтения заголовка, а именно МАС-адреса станции получения и выполнения идентификации, перенаправляет получаемый кадр в нужный порт, не дожидаясь его полного поступления. Главное преимущество - малая задержка пакета при переадресации. Главный недостаток - такой коммутатор будет пропускать из одной сети в другую дефектные кадры (укороченные - меньше 64 байт. или имеющие ошибки). Распространение ошибок в большей степени касается сетей Ethernet с более, чем одним подключенным пользовате. Современные коммутаторы cut-through используют более продвинутый метод коммутации, который носит название ICS (interim cut-through switching - промежуточная коммутация на лету). Суть этого улучшения заключается в отфильтровывании укороченных кадров, т.е. кадров с длиной меньше 64 байт (512 бит). До тех пор, пока коммутатор не принял первые 512 бит кадра, он не начинает ретранслировать кадр в соот-ий порт.

Напротив, коммутатор, работающий с буферизацией, прежде чем начать передачу кадра в порт назначения, полностью принимает его, буферизует. Кадр сохраняется в буфере до тех пор, пока анализируется адрес назначения (destination address, DA) и сравнивается контрольная последовательность кадра FCS, после чего коммутатором принимается решение о том, в какой порт перенаправить кадр или вообще его не передавать. Гарант-ся передача только "хороших" кадров. Ком-ры с портами, работ-ми на разных скоростях могут работать только на основе технол-ии коммутации с буфериз-й.

Обратное давление.

Входные и выходные буферы требуются коммутатору, чтобы уменьшить количество теряемых кадров при перегруженности одного из выходных портов. Однако если скорости передачи по всем портам одинаковые и равны скорости канала, то после заполнения соответствующих буферов кадры начнут теряться . Потери пакетов означают, что посредством протокола более высокого уровня, будет производиться повторная передача кадров. Но поскольку в протоколе задействованы конечные устройства, то времена между первоначальной и повторной передачами кадра могут быть большими. Для предотвращения этого современные коммутаторы обладают функциональной возможностью контроля и управления потоками (flow control) поступающих в порты кадров. Для коммутаторов Ethernet эта функция известна как обратное давление (ВР, back pressure), рис. 7.13.Обнаруживая переполнение входных портов, коммутатор передает пустые кадры в те каналы, от которых происходит переполнние, умышленно создавая коллизии в этих сегментах.