Коммутация

Коммутаторы - устройств канального уровня. В современных сетях они почти совершенно вытеснили мосты и частично маршрутизаторы. Коммутатор (switch) - это корпус со множеством гнезд для кабелей, который внешне похож на концентратор. Более того, некоторые производители выпускают концентраторы и комму­ таторы, различающиеся лишь маркировкой. Но это совершенно разные устройства: концентратор передает каждый входящий пакет через все порты, а коммутатор направляет его только на порт, обеспе­чивающий доступ к целевой системе (рис. 3.4).

Поскольку коммутатор направляет данные только на один порт, он, по сути, преобразует ЛВС с общей сетевой средой в ЛВС с выде­ ленной (dedicated) средой. В небольшой сети с коммутатором вместо концентратора каждый пакет следует от компьютера-источника к компьютеру-получателю по выделенному пути, который является коллизионным доменом для этих двух компьютеров.

Такой коммута­тор иногда называют коммутирующим концентратором (switching hub). Широковещательные сообщения коммутаторы передают на все свои порты, но к узковещательным и многоадресным сообщениям это не относится. Ни один компьютер не получает пакеты, которые ему не предназначены. В процессе узковещательной передачи коллизии никогда не возникают, так как любая пара компьютеров в сети обме­нивается данными по выделенному кабелю. Иными словами, если мост просто разгружает сеть, то коммутатор практически полностью устраняет в ней лишний трафик.

Другое преимущество коммутации в том, что любая пара компьютеров пользуется всей полосой пропускания сети. Стандартная сеть Ethernet с концентратором может состоять из 20 или более компьютеров, совместно использующих полосу пропускания 10 Мбит/сек. Замените концентратор на коммутатор, и каждая пара компьютеров получит собственный выделенный канал со скоростью передачи 10 Мбит/сек. Это может существенно повысить общую производительность сети без модернизации рабочих станций. Кроме того, некото­рые коммутаторы снабжены портами, работающими в полнодуплек­сном режиме, т. е. два компьютера могут передавать данные в обоих направлениях одновременно, используя отдельные пары проводов в сетевом кабеле. Работа в полнодуплексном режиме может увеличить пропускную способность сети с 10 Мбит/сек до 20 Мбит/сек.

Примечание: Коммутаторы, как правило, дороже концентраторов и дешевле маршрутизаторов. Как и концентраторы, по размерам коммутаторы варьируются от небольших блоков до моделей, смонтированных в отдельных стойках.

Установка коммутаторов

В небольших сетях, как правило, вместо коммутатора можно исполь­ зовать концентратор. Чаще коммутаторы применяют в крупных интерсетях вместо мостов или маршрутизаторов. Если в обычной корпоративной сети, состоящей из магистрали и нескольких сегментов, заменить маршрутизаторы коммутаторами, эффект будет поразитель­ный. В сети с маршрутизатором магистраль переносит межсетевой трафик, сгенерированный всеми сегментами. Это приводит к тому, что она всегда работает в условиях высокого трафика. В коммутируемой сети компьютеры подсоединены к отдельным коммутаторам рабочих групп, которые в свою очередь связаны с высокопроизводительным коммутатором магистрали (рис. 3.5). В результате любой компьютер сети может соединиться по выделенному каналу с любым другим компьютером, даже если данные проходят через несколько коммутаторов.

Существует много вариантов использования коммутаторов в сложных интерсетях; менять сразу все концентраторы и маршрутизаторы на коммутаторы не придется. Например, можно продолжать пользоваться обычными сетевыми концентраторами, но подключить их не к маршрутизатору, а к многопортовому коммутатору. От этого эффек­ тивность межсетевого трафика возрастет. С другой стороны, если в Вашей сети большой объем трафика генерируется внутри отдельных ЛВС, а не между ними, можно, не затрагивая магистраль, заменить коммутаторами концентраторы рабочих станций, увеличив тем самым доступную каждому компьютеру полосу пропускания.

Проблема больших интерсетей, связанная с заменой всех мар­ шрутизаторов на коммутаторы, состоит в том, что в результате вместо нескольких небольших широковещательных доменов Вы получаете один, но очень большой (о коллизионных доменах Вам беспокоиться не придется, потому что коллизий будет гораздо меньше). Любое широковещательное сообщение, сгенерированное одним компьютером, коммутаторы передают всем остальным компьютерам сети, увеличивая тем самым количество лишних пакетов, обрабатываемых каждой системой. Существует несколько технологий для решения этой проблемы.

Виртуальные ЛВС (ВЛВС) позволяют выделять в коммутируемой сети подсети, существующие только внутри коммутаторов. Адреса систем, входящих в данную подсеть, задаются сетевым администратором; физическая сеть остается коммутируемой. Системы подсети могут находиться где угодно, поскольку подсеть виртуальна и не зависит от физического расположения компьютеров. Когда компьютер, включенный в подсеть, передает широковещательное сообщение, оно передается только компьютерам данной подсети. Связь между подсетями может осуществляться с помощью маршрутизатора или коммутатора, но внутри ВЛВС трафик может быть только коммутируемым.

Уровень коммутации 3 - это вариант ВЛВС, минимизирующий объем маршрутизации между виртуальными сетями. Когда требуется установить связь между системами в разных ВЛВС, маршру­тизатор устанавливает соединение между системами, а затем управление берут на себя коммутаторы. Маршрутизация осуществляется только тогда, когда она действительно необходима.

Типы коммутаторов

Существует два основных типа коммутаторов: сквозные (cut- through) и с промежуточной буферизацией (store-and-forward). Сквозной коммутатор передает пакеты через соответствующий порт без дополнительной обработки, немедленно, как только они получены, считывая адрес целевой системы в заголовке протокола канального уровня. Коммутатор начинает передачу пакета, даже не дожидаясь завершения его приема. Как правило, в сквозных коммутаторах используется аппаратный компонент, состоящий из набора схем ввода- вывода, который позволяет данным поступать в коммутатор и покидать его через любой порт. Такие коммутаторы называются еще матричными (matrix) или координатными (crossbar). Они относительно недороги и сводят к минимуму так называемое время ожидания (latency), т. е. время, затрачиваемое коммутатором на обработку пакетов.

Коммутатор с промежуточной буферизацией дожидается завершения приема пакета и лишь потом отправляет его по назначению. Различают коммутаторы с общей памятью (shared-memory switch), т. е. с общим буфером для хранения данных всех портов, и коммутаторы с шиной (bus architecture switch) - с отдельными буферами для каждого порта, соединенными шиной. Пока пакет хранится в буферах, коммутатор пользуется этой возможностью, чтобы проверить данные, вычислив их код CRC. Кроме того, коммутатор отслеживает появление других проблем, присущих конкретному протоколу канального уровня, которые приводят к формированию дефектных кадров, на сленге именуемых коротышками (runt), гигантами (giant) и тарабар­ щиной (jabber). Эта проверка, естественно, увеличивает время ожида­ния, а дополнительные функции повышают стоимость коммутаторов с промежуточным хранением по сравнению со сквозными.

Маршрутизация

Маршрутизатором (router) называется устройство, связывающее вместе две сети, формируя из них интерсеть. В отличие от мостов и коммутаторов, маршрутизаторы функционируют на сетевом уровне эта­лонной модели OSI. Это означает, что маршрутизатор может связывать ЛВС, которые работают с разными протоколами канального уровня (например, Ethernet и Token Ring), при условии, что все они используют один и тот же протокол сетевого уровня. Самым популярным в наши дни является набор протоколов TCP/IP, на сетевом уровне которого действует протокол IP. Таким образом, большая часть информации, которую Вы будете узнавать о маршрутизаторах, будет относиться к протоколу IP.

Когда компьютеру в одной ЛВС нужно передать данные компьютеру в другой ЛВС, он посылает пакеты маршрутизатору в своей локальной сети, а маршрутизатор направляет их в целевую сеть. Если система-получатель находится в удаленной сети, маршрутизатору приходится пересылать пакеты другому маршрутизатору. В больших интерсетях, подобных Интернету, пакетам на пути к целевому компьютеру приходится проходить через множество маршрутизаторов.

Поскольку маршрутизаторы работают на сетевом уровне, они не связаны ограничениями протоколов канального уровня. Пакет, поступающий в маршрутизатор, продвигается по стеку протоколов к сетевому уровню, причем по ходу дела кадр канального уровня отсекается. Маршрушзатор определяет, куда нужно отправить пакет, и передает данньк вниз по стеку другому сетевому интерфейсу, который для отправки инкапсулирует их в новый кадр. Если два протокола канального уровня поддерживают пакеты разных размеров, мар­ шрутизатору, возможно, придется фрагментировать данные сетевого уровня и создавать из них несколько кадров.

Маршрутизация пакетов

В отношении пакетов, пересылаемых другим портам, маршрутизато­ры более избирательны, чем концентраторы, мосты и коммутаторы. Работая на границах ЛВС, они не передают широковещательные сообщения за исключением некоторых специальных случаев. Маршру­тизатор осуществляет передачу пакетов, руководствуясь не аппаратным адресом в заголовке канального уровня, а адресом оконечной целевой системы в заголовке протокола сетевого уровня. Информация о смежных с маршрутизатором сетях содержится в его внутренней таблице маршрутизации (routing table). По этой таблице маршру­тизатор определяет, куда направить очередной пакет. Если пакет предназначен для системы в одной из сетей, к которым подключен маршрутизатор, он передает пакет непосредственно этой системе. Если пакет предназначен системе в удаленной сети, маршрутизатор через одну из смежных сетей передает пакет другому маршрутизатору.

Рассмотрим в качестве примера корпоративную интерсеть, состоящую из магистрали и нескольких сегментов, подключенных к ней с помощью маршрутизаторов (рис. 3.6). Компьютеры каждого сегмента используют в качестве шлюза по умолчанию маршрутизатор, связывающий этот сегмент с магистралью. Все пакеты, генерируемые в локальной сети, передаются либо одной из систем этой же сети, либо шлюзу по умолчанию. Маршрутизатор-шлюз удаляет из каждого па­кета кадр канального уровня и считывает из заголовка сетевого уров­ня адрес оконечной целевой системы.

По своей таблице маршрутизации шлюз определяет, через какой маршрутизатор он может получить доступ к сети, в которой находится око­ нечная система. Адрес этого маршрутизатора указывается в качестве целевого адреса канального уровня в новом кадре, который шлюз создает для пакета с помощью протокола канального уровня магистрали (он может отличаться от протокола, используемого в сегменте). Затем пакет достигает следующего маршрутизатора, и процесс повторяется. Когда очередной маршрутизатор находит по своей таблице, что целевая система находится в сегменте, с которым он соединен, маршрутизатор создает кадр для передачи пакета непосредственно этой системе.

Если пакету на пути к конечному пункту приходится проходить через множество сетей (рис. 3.7), каждый обрабатывающий его маршрутизатор называют транзитом (hop). Маршрутизаторы часто оценивают эффективность маршрута по числу транзитов от исходной до целевой системы. Одна из основных функций маршрутизатора - выбор наилучшего маршрута по данным из таблицы маршрутизации.

Помимо объединения в интерсеть нескольких ЛВС в пределах одного здания, маршрутизаторы способны также соединять удаленные сети. Организации, состоящие из нескольких филиалов, часто соединяют локальные сети в этих филиалах, устанавливая в каждой сети маршрутизатор и соединяя эти маршрутизаторы с помощью выделенных телефонных линий или других технологий ГВС, например, транс­ ляции кадров (Frame Relay). Поскольку во всех филиалах широкове­щательный домен ограничен локальной сетью, по линиям ГВС пере­даются лишь пакеты, предназначенные для систем в других сетях. Объем трафика по каналам ГВС сведен к минимуму, а значит, минимальна и их стоимость.

Таблицы маршрутизации

Таблица маршрутизации - это сердце маршрутизатора. Без нее маршрутизатор не узнает, куда пересылать получаемые пакеты. Возникает вопрос, откуда она берется? В отличие от мостов и коммутаторов, маршрутизаторы не умеют составлять таблицы маршрутизации на основе информации из обрабатываемых ими пакетов. Это связано с тем, что для заполнения таблицы маршрутизации нужны подробнос­ти, которых в пакетах нет, а также с тем, что таблица необходима мар­шрутизатору для обработки первых же полученных им пакетов. Мар­шрутизатор, в отличие от моста, во все возможные пункты назначе­ния пакеты не пересылает.

Таблицы маршрутизации создаются вручную или автоматически. Первый способ создания таблицы называется статической маршру­ тизацией (static routing). Сетевой администратор решает, что следует делать маршрутизатору при получении пакетов, адресованных систе­мам в конкретной сети, и вводит необходимые данные в таблицу. Этим еще можно заниматься в относительно небольшой сети с несколькими маршрутизаторами, но в большой сети конфигурирование таблиц вручную становится неподъемной задачей. Кроме того, мар­шрутизаторы не могут автоматически корректировать таблицы при изменении структуры сети.

При динамической маршрутизации (dynamic routing) маршрутиза­торы с помощью специализированных протоколов маршрутизации обмениваются информацией друг о друге и сетях, к которым они под­ ключены. Когда все маршрутизаторы в интерсети обменяются друг с другом таблицами, у каждого из них будет информация не только о своей собственной, но и о более удаленных сетях.

Протоколов маршрутизации существует множество, особенно в Интернете, где маршрутизация является одним из самых сложных и жизненно важных компонентов инфраструктуры. Динамическая мар­ шрутизация не требует прямого участия системных администраторов, не считая установки и запуска протоколов маршрутизации, а также обеспечивает автоматическое обновление содержимого таблиц при изменениях в сети. Допустим, один из маршрутизаторов вышел из строя. Через некоторое время все маршрутизаторы, которые обычно связывались с ним, удалят неисправный маршрутизатор из своих таблиц, передадут информацию о нем другим маршрутизаторам, и вскоре вся сеть прекратит попытки воспользоваться неисправным маршрутом. Когда маршрутизатор «вернется в строй», другие маршрути­заторы снова включат его в свои таблицы.

В задачу маршрутизатора входит также выбор для каждого пакета наилучшего маршрута до места назначения. В сравнительно небольших интерсетях (рис. 3.6) к конкретной системе есть только один возможный маршрут. Однако в более сложных сетях администраторы часто устанавливают несколько маршрутизаторов, чтобы в случае неисправности одного из них пакеты добрались до цели другим путем. В таблицу маршрутизации включаются все возможные маршруты к данной системе, причем каждый из них характеризуется величиной мет­ рики (metric), определяющей относительную эффективность данного маршрута. Смысл метрики зависит от протокола маршрутизации, который ее генерирует. Иногда это просто число транзитов между мар­ шрутизатором и целевой системой. В других случаях метрика вычисляется сложнее.

Среднестатистическая ЛВС организации делится на активное и пассивное оборудование, а также компьютеры (и другие оконечные устройства) пользователей. В активное оборудование ЛВС входят:

• сетевые коммутаторы (хабы, свитчи)
• маршрутизаторы
• сетевые карты серверов и персональных компьютеров
• точки доступа WiFi
• роутеры (устройство с функционалом всех перечисленных выше приборов)

Рассмотрим одну из составляющих активного оборудования ЛВС - оборудование коммутации.

Задача проектирования новой или модернизации существующей локальной сети предприятия вопрос важный и требует серьёзного подхода и глубокого изучения деталей работы всей системы.

Рассмотрим основные моменты по выбору коммутаторов для решения задач сети ЛВС предприятия. Коммутатор (он же хаб, он же свитч) – сетевой прибор, который объединяет несколько компьютеров в локальную вычислительную сеть (ЛВС). Необходимо хорошо понимать логику работы и подбирать наборы параметров и функций, которые представляют необходимые и дополнительные сервисы пользователям, а также упрощают администрирование ЛВС.

Организация активного оборудования ЛВС

Верхний уровень коммутации представляют коммутаторы ядра сети - Core layer - высокопроизводительные устройства с сверхвысокой скоростью передачи данных до 40Gb, как правило, используются для обмена данными между серверами.

Средний уровень ЛВС представляют коммутаторы агрегации - Distribution (Agregation) layer - обеспечивают настройки сети в плане политик безопасности, QoS, маршрутизацию VLAN, широковещательные домены.

И нижний уровень - коммутаторы рабочих групп или коммутаторы доступа (пользователей) - Access layer - подключение конечных ПК, ноутбуков и др. пользователей, отметка трафика QoS, питание PoE устройств.

Правильный выбор коммутаторов обеспечит надежную и правильную работу всей организации. На какие моменты обратить внимание при выборе коммутатора? Внимательно изучите технические характеристики и обозначения в описании, указанные производителем.

Функциональные характеристики коммутаторов

Задача проектировщика сети найти золотую середину и за максимум функций и высокую надежность заплатить адекватную цену.

Основные функции коммутаторов:

• Базовая скорость передачи данных
• Количество портов.
• Характер работы подключенных к нему пользователей.
• Внутренняя пропускная способность.
• Автоопределение типа кабеля MDI/MDI-X.
• Наличие порта Uplink.
• Стекирование.
• Возможность установки в стойку.
• Количество слотов расширения
• Jumbo Frame - Power over Ethernet (PoE)
• Размер таблицы MAC-адресов.
• Flow Control (Управление потоком
• Встроенная грозозащита.

Маршрутизатор ЛВС предприятия

Маршрутизатор - обеспечивает доступ потоков информации между филиальных частей ЛВС предприятия и сетью Интернет. На сетевом уровне L3 OSI обработка маршрутов пакетов в сети возложена на маршрутизирующие коммутаторы агрегации (коммутатотры уровня L3). Второй тип маршрутизатора - это пограничные устройства - их задача строить маршруты пакетов по адресам получателей и отправителей и анализ маршрутов пакетов, отслеживая нагрузку линий СПД. Пограничные маршрутизаторы обеспечивают защиту от НСД, сегментов сети от широковещательных DDOS-атак.

Требования ЛВС предприятия

• скорость - важнейшая характеристика локальной сети;
• адаптируемость - свойство ЛВС расширяться и устанавливать рабочие станции там, где это требуется;
• надежность - свойство ЛВС сохранять полную или частичную работоспособность вне зависимости от выхода из строя конечного оборудования или некоторых узлов;
• производительность и экономичность;
• масштабируемость - возможность без проблем развернуть любые IP системы (например видеонаблюдение поверх текущей сети);
• простота управления и эксплуатации;
• отказоустойчивость, гибкость к настройке и самонастройке при восстановлении;
• гарантийное обслуживание (м.б. на весь срок жизни продукта endOFlife - в среднем 5-7 лет).

Для бесперебойной эффективной работы ЛВС, коммутаторы которой нуждаются в потребление электроэнергии, необходимо предусмотреть гарантированное питание и аварийное электропитание в соответствии с руководящими документами Вашей отрасли.

Компания «АЕСТЕЛЬ» представляет партнёрам только лучшие устройства и решения. Наши специалисты помогут Вам определиться с их выбором, а при необходимости мы спроектируем топологию сети Вашего предприятия, в которой будут учтены все требования к потокам данных (нагрузка, скорость, среда передачи данных: оптика-медь, а также уже имеющееся в наличии оборудование) и пожелания.

Примеры расчёта различных вариантов и топологий ЛВС смотрите в разделе .

Организация пассивного оборудования ЛВС

Пассивное сетевое оборудование – это оборудование не нуждающееся в потребление электроэнергии и

не вносящее изменений в сигнал на информационном уровне. Основная функция пассивного оборудования состоит в обеспечении передачи сигнала – это розетки, коннекторы, патч-панели, кабель, патч-корды, кабель-каналы, а также монтажные шкафы, стойки и телекоммуникационные шкафы. Всё это оборудование носит название структурированный кабельные системы (СКС) - имеет чёткую иерархию по структуре, сертификации международных систем стандартизаций и соответственно по типам использования в зависимости от требований к объектам и качеству передачи данных.

Коммутация локальных вычислительных сетей и внедрение Fast Ethernet (Практическоеруководство)

Введение

Коммутация локальных вычислительных сетей (ЛВС) и технологии Fast Ethernet были разработаны в ответ на потребность в повышении эффективности функционирования сетей Ethernet. Путем повышения пропускной способности эти технологии могут устранять “узкие места” в сети и поддерживать приложения, требующие большой скорости передачи данных. Привлекательность этих решений состоит в том, что вам не нужно выбирать то или другое. Они являются взаимодополняющими, так что эффективность функционирования сети чаще всего можно повысить путем использования обеих технологий.

Данное руководство было подготовлено, для того чтобы помочь Вам решить, когда и как внедрить технологии коммутации и Fast Ethernet для достижения максимального эффекта. Оно делится на две части.

Коммутация локальных вычислительных сетей и технология Fast Ethernet

Часть 1 бегло знакомит с различиями между коммутацией ЛВС и технологией Fast Ethernet. Она заканчивается выводами по обеим технологиям.

Решение общих проблем эффективности функционирования

Коммутация локальных вычислительных сетей и технологии Fast Ethernet

Как выбрать нужную технологию

Если ваша сеть Ethernet нуждается в большей пропускной способности, вы можете добиться этого путем добавления 10-портового коммутатора Ethernet или концентратора Fast Ethernet. Каждое из этих устройств обеспечивает суммарную пропускную способность 100 Мбит/с, но разными путями. Поясним это с помощью следующей аналогии.

Предположим, что каждый пакет в сети Ethernet доставляется посыльным на велосипеде. Предположим, что максимальная скорость велосипеда составляет 10 миль в час и имеется однополосная велосипедная дорожка, которую должны делить между собой все посыльные. Пока транспортный поток невелик, каждый велосипед может поддерживать максимальную скорость 10 миль в час. Однако, когда транспортный поток увеличивается, велосипеды вынуждены снижать скорость. Один способ повысить скорость доставки сообщений - расширить велосипедную дорожку. Если мы обеспечим в итоге десять полос движения, то с максимальной скоростью смогут ехать десять велосипедов, каждый по своей полосе. Добавление полос движения на велосипедной дорожке подобно сегментации сети, т.е. добавлению коммутатора Ethernet. Сегментация и коммутация обеспечивают дополнительные полосы для увеличения транспортного потока. Однако, если транспортный поток продолжает увеличиваться, то и этих полос может не хватить и велосипедисты снова будут вынуждены снижать скорость.

Другой способ - дать каждому посыльному более быстроходное транспортное средство. Например, автомобили, максимальная скорость которых составляет 100 миль в час. Это аналогично внедрению в сеть высокоскоростной технологии Fast Ethernet. Подобно Ethernet, Fast Ethernet обеспечивает только одну полосу для транспортного потока. Когда транспортный поток невелик, сообщение может доставляться автомобилем в десять раз быстрее, чем велосипедом. Действительно, каждый посыльный на автомобиле может доставить десять сообщений за то время, которое затрачивает посыльный на велосипеде для доставки одного сообщения.

Транспортный поток резко снижается, поскольку для доставки того же количества сообщений требуется меньше автомобилей.

Подобно тому, как велосипед никогда не сможет достичь скорости автомобиля, Ethernet никогда не сможет достичь скорости Fast Ethernet, независимо от того, сколько добавлено полос, или коммутаторов. Делая выбор между двумя технологиями, вы должны определить, удовлетворяет ли скорость, с которой Ваша сеть передает пакеты, условия незначительного трафика. Если скорость в порядке, потребности Вашей сети в повышении пропускной способности обеспечит коммутация. Если, однако, вам нужно меньшее время ответа или вы опасаетесь, что можете выйти за рамки коммутируемого решения 10 Мбит/с, выбирайте Fast Ethernet. Эта высокоскоростная технология необходима для серверов и рабочих станций, выполняющих критичные к скорости передачи приложения.

Ниже следует краткое изложение обеих технологий.

Коммутация ЛВС - что это такое и как она работает?

Коммутаторы представляют собой высокоскоростные многопортовые мосты, способные полностью пропустить 10 Мбит/с при Ethernet или 100 Мбит/с при Fast Ethernet - через каждый порт. Подобно мостам, коммутаторы принимают интеллектуальные решения о том, куда направить сетевой трафик, исходя из адреса назначения пакета. В результате коммутаторы могут значительно снизить ненужный трафик.

Коммутация не требует изменений в инфраструктуре Ethernet. Коммутатор может быть добавлен к существующей сети Ethernet без изменения сетевой кабельной системы, адаптеров, драйверов или любых других программных средств.

Коммутаторы ЛВС микросегментируют сеть

Коммутаторы ЛВС микросегментируют сеть - делят ее на меньшие сегменты (collision domains), а затем соединяют эти сегменты, давая им возможность связаться друг с другом. Путем сокращения числа узлов в сегменте микросегментация сокращает число коллизий и увеличивает доступную пропускную способность в расчете на один узел. А путем соединения сегментов через коммутаторы формируется единая ЛВС с потенциальной пропускной способностью, во много раз превышающей пропускную способность первоначальной односегментной ЛВС.

Каждый порт коммутатора фактически является входом в отдельный сегмент ЛВС. Этот сегмент может совместно использоваться многими станциями, присоединенными к концентратору, или может быть выделен для одного устройства - сервера или рабочей станции.

Коммутаторы ЛВС поддерживают параллельный трафик

В разделяемой (shared) сети Ethernet трафик, как правило, происходит только между пользователем и сервером, а одновременно может иметь место только один такой “диалог”. Добавление коммутатора в сеть обеспечивает несколько одновременных диалогов. Однако допускается только один диалог на сегмент.

Коммутаторы ЛВС фильтруют сетевой трафик

Коммутаторы могут также сокращать ненужный сетевой трафик. Они “заучивают” МАС - адреса устройств и сохраняют их в таблице. Используя эту таблицу, коммутаторы принимают интеллектуальные решения о том, куда передать трафик, исходя из адреса назначения каждого пакета. Путем фильтрации пакетов, адрес назначения которых находится в том же самом сегменте, что и адрес источника, коммутаторы могут ограничить сетевой трафик соответствующим сегментом.Остальные пакеты передаются в другой сегмент.

Коммутаторы ЛВС могут поддерживать полнодуплексный режим

Помимо этого, некоторые коммутаторы поддерживают дуплексный режим. Этот режим также поддерживается некоторыми сетевыми адаптерами, но не концентраторами. Соединение устройств, способных работать в дуплексном режиме, исключает коллизии и эффективно удваивает пропускную способность этого сегмента.

Fast Ethernet - его отличия от Ethernet

Fast Ethernet - результат развития технологии Ethernet. Базируясь на том же протоколе CSMA/CD (коллективный доступ с опросом канала и обнаружением коллизий), устройства Fast Ethernet работают со скоростью, в 10 раз превышающей скорость Ethernet. 100 Мбит/с. Fast Ethernet обеспечивает достаточную пропускную способность для таких приложений как системы автоматизированного проектирования и производства (CAD/CAM), графика и обработка изображений, мультимедиа. Fast Ethernet совместим с 10 Мбит/с Ethernet, так что интеграцию Fast Ethernet в вашу ЛВС удобнее осуществить с помощью коммутатора, а не маршрутизатора.

Маршрутизаторы являются дорогостоящим решением и их производительность ниже, чем у коммутаторов.

Сходства

Подобно Ethernet, Fast Ethernet представляет собой технологию коллективного пользования, основанную на конкуренции. Fast Ethernet использует такие же приложения и такие же инструментальные программные средства для управления и диагностики неисправностей. Это дает Вам возможность защитить свои капиталовложения в оборудование и обучение сотрудников ЛВС.

Различия

Для Fast Ethernet вам потребуются сетевые адаптеры и концентраторы, специально разработанные для 100 Мбит/с ЛВС. Однако, некоторые из новейших сетевых адаптеров могут работать как в сети Ethernet, так и в Fast Ethernet. К другим различиям относятся сетевая кабельная система, число повторителей и ограничения на длину кабеля.

Среда передачи данных

В Fast Ethernet используется только кабель - витая пара и волоконно-оптические кабели; коаксиальный кабель не поддерживается. Подобно наличию спецификаций кабелей Ethernet - 10BASE-T для кабеля с витыми парами, 10BASE2 для тонкого коаксиального кабеля, 10BASE5 для толстого коаксиального кабеля, 10BASE-F для волоконно-оптического кабеля, - существуют спецификации и для каждого типа кабеля Fast Ethernet. Они перечислены в таблице:

Как и в Ethernet, все типы кабелей Fast Ethernet могут присутствовать в одной и той же сети. Если у Вас имеются четыре пары категории 3, мы рекомендуем Вам использовать спецификацию 100BASE-T4. Это значительно дешевле, чем повторно прокладывать кабель от настольной системы к технологическому шкафу. Для самого технологического шкафа, в котором относительно легко заменить кабель, идеальным вариантом является 100BASE-TX, поскольку он обеспечивает дуплексные соединения коммутатора с коммутатором и коммутатора с адаптером.

Кроме того, хотя разъемы для 100BASE-TX Fast Ethernet такие же, как и для 10BASE-T Ethernet, следует использовать кабель категории 5. Для 100BASE-T4 требуются четыре пары кабеля категории 3, 4 или 5. Три из них нужны для передачи или приема пакетов, в то время как четвертая пара предназначена для прослушивания канала. Поскольку невозможно выделить пары для передачи или приема данных, 100BASE-T4 не может обеспечивать дуплексный режим. Разъемы для обеих этих спецификаций представлены ниже.

Число повторителей

Концентраторы расширяют радиус действия сети путем ретрансляции сигнала. Их называют также многопортовыми повторителями. Однако даже при наличии повторителей в сети существуют ограничения расстояния передачи пакетов. Всякий раз, когда сообщение ретранслируется, оно считается одной пересылкой повторителя (repeater hop).

В сети Ethernet максимально возможны четыре такие пересылки между любой парой устройств - серверов или рабочих станций - в одном и том же сегменте. В случае Fast Ethernet этот максимум равен двум. Если сеть приходится расширять и дальше, следует использовать коммутатор, мост или маршрутизатор.

Кроме того, все повторители Ethernet могут передавать сигнал на одно и то же расстояние. В случае Fast Ethernet имеются два типа повторителей: класса (I) и класса (II). Как правило:

• Повторители класса (I)
могут соединять кабели двух различных типов (например, 100BASE-TX, 100BASE-T4, 100BASE-FX). При использовании устройств этого типа может производиться только одна пересылка между двумя сетевыми станциями в одном и том же сегменте.
• Повторители класса (II)
поддерживают кабели одного типа (например, 100BASE-TX, 100BASE-T4, 100BASE-FX). При использовании этих повторителей может производиться до двух пересылок между любыми двумя сетевыми станциями в одном и том же сегменте.

Ограничения на длину кабеля

В Fast Ethernet появляется еще и другое определение: максимальный диаметр сети - длина кабеля между двумя оконечными станциями в одном и том же сегменте (см. иллюстрации). Для кабеля - витая пара максимальный диаметр сети составляет 205 метров. Волоконно-оптический кабель, конечно, может иметь большую длину. Возможны также комбинации медного и волоконно-оптического кабеля. Они указаны в таблице в конце части 1.

Кроме того, имеются ограничения на максимальную длину кабеля. Для витой пары она ограничена 100 метрами - как и у 10BASE-T Ethernet.

Из-за этих ограничений наращиваемые концентраторы и коммутаторы ЛВС приобретают даже большую значимость для Fast Ethernet, чем для сетей на основе Ethernet. Эти устройства снимают ограничения с размера сети Fast Ethernet.

С помощью наращиваемых концентраторов одна рабочая группа может быть расширена для охвата большего числа пользователей. Даже если к стеку добавить дополнительные модули, весь стек все равно рассматривается как один логический повторитель. Поэтому рабочая группа Fast Ethernet, созданная вокруг наращиваемого концентратора класса (I), может поддерживать десятки пользователей.

С помощью коммутаторов ЛВС многие рабочие группы могут быть соединены между собой для формирования большой ЛВС. Недорогие коммутаторы работают лучше, чем маршрутизаторы, обеспечивая более высокую эффективность функционирования ЛВС. Рабочие группы Fast Ethernet, включающие в себя один или два концентратора, могут соединяться через коммутатор Fast Ethernet с целью дальнейшего увеличения числа пользователей, а также охвата более обширной площади.

Решение общих проблем увеличения пропускной способности ЛВС

Причины общих проблем повышения пропускной способности ЛВС

На повышение пропускной способности сетей может воздействовать ряд факторов, например, быстродействие персональных компьютеров (ПК) и серверов, тип метода хранения информации на дисках, а также сетевая архитектура. В настоящее время, вследствие изменения характера трафика решающее значение приобретает грамотная проработка сетевой архитектуры. В прошлом наибольшая часть трафика - фактически целых 80% - была локальной, ограниченной рабочей группой, в то время как по сетевой магистрали проходило всего лишь около 20% пакетов. Сегодня, при с распределенном характере приложений клиент-сервер, в сочетании с доступом к Internet/интрасети и приданием особого значения центральным серверам для улучшения администрирования, управления и безопасности, эти процентные соотношения изменились. В результате сегодняшние сети требуют более высокоскоростных сетевых магистралей.

Если эти факторы были учтены, а производительность ЛВС по-прежнему остается недостаточной, самое время проверить коэффициент использования пропускной способности сети. Когда этот коэффициент приближается к 40%, эффективность начинает снижаться. Это снижение производительности часто можно объяснить конкуренцией клиентов и/или тем, что сервер ЛВС становится “узким местом” в сети.

Если сеть является управляемой, вы можете добиться желаемого коэффициента при помощи программного обеспечения, основанного на протоколе SNMP (простой протокол управления сетью). Кроме того, некоторые из новейших концентраторов и коммутаторов содержат комплект световых индикаторов, позволяющих визуально определить коэффициент использования пропускной способности.

Что вызывает конкуренцию клиентов?

Ethernet является технологией коллективного использования канала. В типичной ЛВС пропускная способность 10 Мбит/с используется совместно всеми рабочими станциями и серверами. Если к ЛВС добавляется больше пользователей (клиентов), увеличивается сетевой трафик. Ключевыми факторами, способствующими росту сетевого трафика, являются такие приложения клиент/сервер, как Lotus Notes и служебный протокол SAP, программы доступа в Internet, а также приложения, использующие графические файлы. Они увеличивают конкуренцию в сети, снижая среднюю доступную пропускную способность в расчете на одного пользователя.

Даже несколько пользователей, одновременно обращающихся к стандартным офисным приложениям, как, например, Microsoft Office, могут “поглотить” пропускную способность 10 Мбит/с ЛВС коллективного пользования. При таком сценарии Fast Ethernet коллективного пользования, как правило, превзойдет коммутируемый Ethernet со скоростью 10 Мбит/с.

Что приводит к возникновению “узких мест”?

В сети клиент/сервер диалоги происходят только между пользователем (или клиентом) и сервером. Каждый сервер ставит в очередь запросы от многих клиентов и передает данные небольшими пакетами каждому из них по очереди.

Если сервер не успевает обрабатывать запросы своих клиентов, он становится “узким местом”, снижающим эффективность функционирования сети.

Как можно решить эти проблемы?

Конкуренция из-за увеличенного трафика может быть снижена путем сегментации сети. Пользователи, работающие с приложениями, требующими интенсивной пропускной способности, могут быть объединены в рабочие группы Fast Ethernet.

Как только сеть будет сегментирована, можно устранить “узкие места” путем соединения каждого сервера с выделенным сегментом Ethernet или Fast Ethernet (преимущественно в дуплексном режиме) или путем подключения серверов к небольшой рабочей группе Fast Ethernet, так чтобы они могли совместно использовать пропускную способность 100 Мбит/с этого сегмента.

Сценарии, иллюстрирующие эти проблемы, и их решения для сетей Ethernet различных размеров, представлены на последующих страницах.

Проблема 1: Высокий уровень конкуренции клиентов в малой сети

Малая сеть коллективного пользования состоит из нескольких рабочих станций и сервера, подключенных к двум концентраторам Ethernet 10BASE-T, соединенным в каскаду, как, например, 8-портовые концентраторы EtherEZ™ фирмы SMC.

Из-за интенсивного трафика время отклика очень велико.

Решение 1: Сегментирование через сервер и подключение мощных пользователей к сегменту Fast Ethernet

Установка в сервер двухканального сетевого адаптера создаст два независимых сегмента ЛВС.

1. Установить в сервере двухканальную плату, например, PCI-плату EtherPower™ 10/100 фирмы SMC. С помощью этого адаптера, который поддерживает функцию Auto-Negotiation, каждый канал может работать независимо на скорости 10 или 100 Мбит/с.
2. Отсоединить концентраторы друг от друга и заново подключить их по одному к каждому каналу сервера.
3. Если некоторые клиенты используют приложения, требующие высокой пропускной способности, установить в них адаптеры Fast Ethernet, напр. РСI- адаптер EtherPower™ 10/100 корпорации SMC. Затем заменить один из концентраторов Ethernet моделью Fast Ethernet, напр. EZ Hub™ 100 фирмы SMC. Этот концентратор класса II является каскадируемым и имеет восемь портов 100BASE-TX. Наконец, подключить мощных клиентов к новому концентратору.

Проблема 2: “узкие места” и конкуренция клиентов в небольшой сети

Небольшая сеть, показанная ниже, состоит из нескольких рабочих станций и пары серверов, соединенных с концентраторами Ethernet 10BASE-T, подключенными в каскаду, напр. EtherEZ™ фирмы SMC. Эта сеть включает в себя 16-портовый концентратор и два 8-портовых концентраторов.

16-портовый концентратор оснащен световыми индикаторами, показывающими степень использования пропускной способности и уровень коллизий. Из-за напряженного трафика индикаторы показывают, что пропускная способность приближается к 40% и число коллизий растет.

Решение 2: Сегментирование сети через коммутатор Ethernet и подключение серверов к выделенным сегментам Fast Ethernet

Сегментация сети уменьшает число пользователей в каждом сегменте и повышает среднюю доступную пропускную способность в расчете на одного пользователя. Подключение каждого сервера к выделенному каналу Fast Ethernet даст возможность быстрее обслуживать запросы.

1. Установить коммутатор Ethernet, например, EZ Switch™ 8+2 фирмы SMC. Этот коммутатор имеет 8 портов 10BASE-T и два порта 100BASE-TX и поддерживает дуплексный режим на каждом из портов.
2. Отсоединить серверы от концентратора и установить в каждом из них сетевые адаптеры Fast Ethernet, напр. РСI-платы EtherPower™ 10/100 фирмы SMC.
3. Заново подключить серверы к портам 100BASE-TX коммутатора и сконфигурировать эти порты для работы в дуплексном режиме.
4. Присоединить каждый концентратор (максимум шесть) к свободным портам коммутатора.

Технология: коммутируемый Ethernet, введенный Fast Ethernet. Суммарная пропускная способность: 460 Мбит/с.

Проблема 3: Сервер становится “узким местом” в сети средних размеров

Сеть средних размеров состоит из нескольких рабочих станций и серверов, соединенных со стеком повторителей, напр., наращиваемых концентраторов TigerStack™ корпорации SMC. Эта сеть включает в себя четыре концентратора 10BASE-T: две 14-портовые модели и две 28-портовые модели.

Концентраторы TigerStack выпускаются также с разъемами для коаксиального и волоконно-оптического кабеля. Все модели могут объединяться в стек до восьми концентраторов.

Из-за растущего трафика время ответа в сети также растет, а при использовании приложений, требующих интенсивного обмена данных, серверы не успевают обрабатывать запросы.

Решение 3: Сегментирование сети через коммутатор Ethernet и подключение серверов и мощных пользователей к сегменту Fast Ethernet.

Сегментация сети уменьшает число пользователей на сегмент и повышает среднюю пропускную способность в расчете на одного пользователя. Подключение серверов и мощных пользователей к сегменту Fast Ethernet дает этим устройствам возможность совместно использовать пропускную способность 100 Мбит/с.

1. Установить коммутатор Ethernet, например, 8-портовый коммутатор TigerSwitch™ 8+2ТX фирмы SMC. Этот коммутатор имеет восемь портов 10BASE-T и два порта 100BASE-TX.
2. Разделить стек Ethernet на не более чем восемь сегментов.
3. Подключить каждый сегмент к отдельному порту коммутатора.
4. Отключить мощных пользователей и серверы от стека и установить в каждом из них сетевой адаптер Fast Ethernet, напр., PCI-плату EtherPower 10/100 фирмы SMC.
5. Подключить концентратор Fast Ethernet, напр., TigerStack 100 фирмы SMC, порту 100BASE-TX коммутатора и подключить серверы и мощных пользователей к новому концентратору. Этот наращиваемый концентратор выпускается в 12- и 24-портовых моделях.

Проблема 4: “узкие места” сервера и конкуренция клиентов в большой сети совместного пользования

Сеть, показанная ниже, состоит из нескольких рабочих станций и серверов, подключенных к стеку концентраторов, напр., TigerStack фирмы SMC. Этот стек состоит из восьми концентраторов и имеет разъемы 10BASE-T, а также разъемы для коаксиального и волоконно-оптического кабеля.

Каждый отдельный концентратор TigerStack может быть разделен на два, три или четыре сегмента. Таким образом, максимальное число сегментов в стеке, состоящем из восьми концентраторов - 32 сегмента.

TigerStack также может управляться по протоколу SNMP. Благодаря этому, оптимальное использование пропускной способности может быть достигнуто при помощи любой программы управления на базе SNMP. Из-за напряженного трафика и применения приложений, требующих интенсивного обмена данными, коэффициент использования пропускной способности приближается к 40%.

Технология: Ethernet совместного пользования. Суммарная пропускная способность: 10 Мбит/с.

Решение 4: Внедрение сети Fast Ethernet для серверов и мощных пользователей, сегментирование обеих сетей и сегментов через коммутатор Fast Ethernet

Превращение серверов в выделенные сегменты Fast Ethernet обеспечит им подключение к отдельным каналам по 100 Мбит/с, что повысит скорость обслуживания запросов.

1. Установить коммутатор Ethernet, например, 16-портовый TigerSwitch 16+2 фирмы SMC. Этот коммутатор имеет 16 портов 10BASE-T и два порта по 100BASE-TX.
2. Разделить стек не более чем на 16 сегментов и соединить каждый сегмент с отдельным портом в коммутаторе.
3. Добавить коммутатор Fast Ethernet, например, TigerSwitch 100 фирмы SMC. Этот коммутатор имеет 8 портов 10BASE-TX с функцией Auto-Negotiation.
4. Отсоединить серверы и мощных пользователей от стека и установить сетевые адаптеры Fast Ethernet, напр., PCI-плату EtherPower 10/100 фирмы SMC.
5. Соединить коммутатор Ethernet с коммутатором Fast Ethernet через uplink порт Fast Ethernet. Соединить также два из имеющихся серверов непосредственно с теми коммутируемыми портами Fast Ethernet, которые были сконфигурированы для работы в дуплексном режиме.Подключить к сети стек концентраторов Fast Ethernet, например, TigerSwitch 100 фирмы SMC, для мощных пользователей и остальных серверов. Разделить этот стек не более чем на пять сегментов и подключить каждый сегмент к отдельному порту коммутатора Fast Ethernet.

Технология: коммутируемый Ethernet и коммутируемый Fast Ethernet. Суммарная пропускная способность: 1160 Мбит/с.

Конкуренция клиентов может быть снижена посредством:

• сегментации сети и подключения сегментов к серверу или коммутатору для повышения доступной пропускной способности в расчете на одного пользователя;
• добавления небольшой рабочей группы Fast Ethernet для мощных пользователей, так чтобы они могли отдельно использовать пропускную способность 100 Мбит/с высокоскоростного сегмента.

“узкие места” сервера могут быть устранены посредством:

• сегментации сети с помощью коммутатора и соединения серверов непосредственно с коммутируемыми портами, так чтобы каждый из них имел выделенную пропускную способность 10 или 100 Мбит/с (а если и порты, и сетевые адаптеры поддерживают дуплексный режим, то обеспечивается скорость 20 или 200 Мбит/с);
• добавления небольшой рабочей группы Fast Ethernet для группы серверов, так чтобы они могли совместно использовать пропускную способность 100 Мбит/с высокоскоростного сегмента.

План достижения успеха

При планировании интеграции Fast Ethernet в ЛВС Ethernet следует принимать во внимание ряд факторов. На первом этапе следует проверить свою сеть Ethernet.

Может ли она использоваться совместно с Fast Ethernet? Является ли коммутируемой? Управляемой? Следующий этап -систематизация причин, по которым Вы планируете внедрить Fast Ethernet в свою ЛВС Ethernet. Вы хотите повысить эффективность функционирования серверов? Поддержать высокоскоростные приложения? Снизить конкуренцию клиентов? Или вы просто хотите подстраховаться, прежде чем объем трафика превысит пропускную способность Вашей сети и изменения станут абсолютной необходимостью? В заключение требуется определить, сколько пользователей и серверов Fast Ethernet будут подключены к сети.

При разнообразии сетевых продуктов на сегодняшнем рынке интеграция Fast Ethernet в ЛВС Ethernet может выглядеть по-разному. Однако любое решение включает:

сегментацию сети для снижения конкуренции и обеспечения большей пропускной способности для серверов и мощных пользователей;

дополнительную коммутацию для подсоединения отдельных сегментов.

Надеемся, что методы, описанные настоящем руководстве, помогут Вам разобраться в проблемах Вашей ЛВС, так что вы сможете подойти к задаче выбора приемлемого решения профессионально и уверенно.

Повторитель (repeater) — блок взаимодействия, служащий для регенерации электрических сигналов, передаваемых между двумя сегментами ЛВС. Повторители используются, если реализация ЛВС на одном сегменте кабеля (отрезке, моноканале) не допускается из-за ограничений на расстояние или на число узлов, причем при условии, что в соседних сегментах используются один и тот же метод доступа и одни и те же протоколы. Трафик в сегментах, соединенных повторителем, — общий. Повторитель может быть многопортовым. Сигнал, пришедший на один из портов, повторяется на всех остальных портах.

Концентраторы , называемые также хабами, предназначены для объединения в сеть многих узлов. Концентраторы обычно имеют ряд портов для подключения компьютеров и порт AUI (Attachment Unit Intreface) для связи с другими концентраторами или с магистралью. Концентраторы создают общую среду передачи данных без разделения трафика. Как и повторители они восстанавливают форму и мощность электрических сигналов, распространяемых в общей среде передачи данных. Так, концентраторами являются хабы в 10Base-T или Token Ring. В отличие от повторителя концентратор является многопортовым устройством (следует однако отметить, что часто термины повторитель и концентратор считают синонимами).

Дополнительными функциями концентраторов могут быть отключение некорректно работающих узлов, передача данных о состоянии соответствующего участка сети менеджеру протокола управления SNMP и др.

Сетевые платы и концентраторы специфичны для каждого типа ЛВС.

В последнее время концентраторы используются достаточно редко, вместо них получили распространение коммутаторы — устройства, работающие на канальном уровне ЭМВОС и повышающие производительность сети путём логического выделения каждого подключённого устройства в отдельный сегмент - домен коллизии.

Для соединения отдельных сегментов ЛВС друг с другом используют мосты и коммутаторы.

Мост (bridge) — блок взаимодействия разных подсетей, который в отличие от повторителей и концентраторов разделяет трафик. Разделение трафика означает, что если отправитель и получатель некоторого сообщения находятся в одной и той же из соединяемых подсетей, то это сообщение не пропускается в другую подсеть.

Мосты имеют по два или более портов. Каждый порт может оказаться входным или выходным. Управление передачей пакетов выполняется с помощью маршрутной таблицы моста, в которой строки содержат соответствующие друг другу значения MAC-адреса узла и номера порта моста. Если пакет пришел на порт и по таблице адрес относится к тому же порту , то пакет остается в данной ЛВС, иначе передается на порт , который найден по таблице. Первоначальное заполнение таблицы происходит по адресам источников пакетов — в строку заносятся адрес отправителя и номер входного порта. Таблицы могут изменять во времени свое содержимое. Если некоторые адреса по истечении длительного времени ни разу не активировались, то строки с такими адресами удаляются, их восстановление или занесение новых адресов выполняется по процедуре первоначального заполнения.

Мост может быть многопортовым, причем обычно порты соединяются посредством шины.

В зависимости от выполняемых функций различают несколько типов мостов.

Так называемый прозрачный (transparent) мост соединяет однотипные подсети (с одинаковыми канальными протоколами).

Транслирующие мосты соединяют сети с разными канальными протоколами, конвертируя пакеты (но необходимо, чтобы размеры пакетов были приемлемы для обеих сетей).

Инкапсулирующий мост отличается от прозрачного тем, что передача ведется через некоторую промежуточную сеть, имеющую, возможно, другие канальные протоколы (например, пересылка пакета между Ethernet подсетями через опорную сеть FDDI). Промежуточная сеть работает широковещательно, все подсети-приемники вскрывают инкапсулированные пакеты.

С помощью мостов возможна фильтрация пакетов. Например, администратор может установить защиту от пакетов с определенными адресами или запретить доступ к некоторым ресурсам.

Недостатки мостовых соединений — сравнительно невысокое быстродействие, необходимость избегать циклических соединений, что не всегда легко реализовать в сложных сетях.

Коммутаторы (switches) в отличие от мостов предназначены для объединения в сеть многих узлов или подсетей с возможностью создания одновременно многих соединений. Коммутаторы используются также для связи нескольких ЛВС с территориальной сетью. Один коммутатор может объединять несколько как однотипных, так и разнотипных ЛВС. Коммутаторы, как и мосты, работают с MAC-адресами и локализуют значительную часть трафика внутри соединяемых подсетей.

Возможны коммутация "на лету" (сквозная коммутация — cut-trough), когда передача пакета начинается сразу после расшифровки его заголовка, и с полным получением пакета (промежуточная буферизация — store-and-forward). Первый способ применяют в небольших сетях, второй — в магистральных коммутаторах. Сквозная коммутация уменьшает задержки в передаче данных, позволяет обойтись малым объемом буфера, но не дает возможности контролировать безошибочность передачи данных (точнее, изымать неверные кадры). Коммутация называется адаптивной, если администратор может для каждого порта устанавливать наиболее подходящий режим — "на лету" или "с буферизацией".

Обычно коммутатор имеет ряд портов, группируемых в сегменты. Каждый сегмент ориентирован на ЛВС одного типа. Например, коммутатор может иметь сегменты для подсетей типов Ethernet, Token Ring, FDDI, причем в этих сегментах имеются гнезда для подключения от двух-трех до нескольких десятков подсетей. Для каждого порта (или сегмента) выделены свои процессор и буферная память, т.е. коммутатор, в отличие от моста, представляет собой многопроцессорное устройство, каждый процессор обрабатывает пакеты, пришедшие на соответствующий порт. Имеется центральный процессор, координирующий работу остальных устройств. Процессоры соединяются посредством или высокоскоростной общей шины, или многовходовой памяти, но чаще используется коммутирующая матрица , в которой одновременно может быть создано много соединений.

В случае общей шины используется метод ее разделения между разными соединениями по времени.

Коммутатор на основе многовходовой буферной памяти называют временным. Запись производится в ячейки памяти последовательным опросом входов, а коммутация осуществляется благодаря считыванию данных на выходы из нужных ячеек памяти. При этом происходит задержка на время одного цикла "запись-чтение".

Коммутирующая матрица размера × представляет собой сетку, в которой входов подключены к горизонтальным шинам, а выходов — к вертикальным (рис. 1).

Рис. 1. Матрица пространственного коммутатора

В узлах сетки имеются коммутирующие элементы, причем в каждом столбце сетки может быть открыто не более чем по одному элементу. Если , то коммутатор может обеспечить соединение каждого входа с не менее чем одним выходом; в противном случае коммутатор называется блокирующим, т.е. не обеспечивающим соединения любого входа с одним из выходов. Обычно применяются коммутаторы с равным числом входов и выходов ×.

Недостаток рассмотренной схемы — большое число коммутирующих элементов в квадратной матрице, равное . Для устранения этого недостатка применяют многоступенные коммутаторы. Например, схема трехступенного коммутатора 6×6 имеет вид, представленный на рис. 2.

Рис. 2. Схема трехступенного пространственного коммутатора

Достаточным условием отсутствия блокировок входов является равенство . Здесь — число блоков в промежуточном каскаде, = ; — число блоков во входном каскаде. В приведенной на рис. 2 схеме это условие не выполнено, поэтому блокировки возможны. Например, если требуется выполнить соединение a1-d1, но ранее скоммутированы соединения a2-b2-c4-d3, a3-b3-c1-d2, то для a1 доступны шины b1,с3 и с5, однако они не ведут к d1.

В многоступенных коммутаторах существенно уменьшено число переключательных элементов за счет некоторого увеличения задержки. Так, при замене одноступенного коммутатора 1000×1000 трехступенным с = 22 и = 43 число переключателей уменьшается с 10 6 до 2·46·22·43 + 43·46·46, т.е. примерно до 0,186*10 6 .

Различают коммутаторы второго уровня (канального уровня) и коммутаторы третьего уровня (сетевого уровня). Сети с мостами или с коммутаторами второго уровня подвержены так называемому широковещательному шторму , поскольку при широковещательной передаче пакеты направляются во все подсети, соединенные через коммутаторы. Если какой-либо узел неправомочно начинает генерировать пакеты с широковещательным адресом, сеть будет "забита" пакетами. Чтобы уменьшить отрицательное влияние такого шторма, сеть разбивают на группы подсетей, в пределах которых и осуществляется широковещательность. Коммутатор третьего уровня разделяет группы, направляя через себя пакет только, если он предназначен для подсети другой группы.

Основными характеристиками коммутаторов являются скорость фильтрации и скорость продвижения пакетов через коммутатор, пропускная способность, измеряемая количеством информации, переданной через порты коммутатора в единицу времени, и задержка кадра в коммутаторе.

Типичные значения задержки при фильтрации (пакет остается в данной подсети) в современных коммутаторах находятся в пределах 10...40 мкс, а задержки при продвижении пакетов (пакет передается через коммутатор в другую подсеть) — в пределах 50...200 мкс. Удаление кадра из буфера происходит, если кадр остается в данной подсети. В этом случае используются также параметр скорость фильтрации, измеряемая количеством пакетов (обычно минимальной длины), фильтруемых коммутатором в единицу времени. Если кадр передается в другую подсеть, то используют параметр скорость продвижения кадров.

Задержка в коммутаторе определяется затратами времени на буферизацию и обработку кадра, включающую просмотр адресной таблицы и либо удаление кадра из буфера, либо передачу кадра на другой порт с последующим ожиданием доступа к подсети выходного порта.

В кабельной системе ЛВС различают горизонтальную и вертикальную подсистемы. Горизонтальная подсистема обычно занимает один этаж здания и включает концентраторы и кроссовый шкаф, от которого разводка к розеткам на рабочих местах выполняется с помощью витой пары (коаксиальный кабель или ВОЛС используются редко). Для подсоединения витой пары к порту хаба или компьютера применяют разъем типа RJ-45.

Вертикальная подсистема состоит из центрального кроссового шкафа здания, соединяющего поэтажные кроссовые шкафы с помощью ВОЛС или толстого коаксиального кабеля.

Тема данного обзора - устройства, предназначенные для построения ЛВС крупных организаций. Речь пойдет прежде всего о новинках этого рынка. Первоначально коммутаторы использовались в ЛВС для повышения производительности последних, поскольку обеспечивали лучшие характеристики по сравнению с концентраторами и «коаксиалом», хорошо знакомым специалистам (10Base2).Однако со временем на коммутаторы стали возлагать все более сложные задачи. Девиз современных ЛВС - применяйте коммутацию везде, где только возможно; маршрутизацию - исключительно по необходимости. Время серверов с множеством сетевых карт для маршрутизации между сегментами сети безвозвратно уходит в прошлое.Классические коммутаторы работают на втором (канальном) уровне модели OSI. Они решают следующие основные задачи: буферизация входящего трафика, построение таблицы физических (MAC-) адресов станций, подключенных к их портам, выдача кадров на порты в соответствии с таблицей MAC-адресов

Такие коммутаторы обладают высоким быстродействием, поскольку не обрабатывают IP-пакеты, а лишь направляют кадры Ethernet с одного порта на другой. Они способны передавать данные со скоростью работы физического интерфейса (wire speed). Если такой режим поддерживается одновременно на всех портах, то устройство называют неблокируемым, поскольку оно не сбрасывает кадры при максимальной нагрузке. На это свойство следует обращать особое внимание, так как далеко не каждое устройство, даже среди моделей широко известных марок, обладает такими возможностями, а трафик в сети имеет тенденцию неуклонно возрастать.
Однако неблокируемые коммутаторы не способны избавить сеть от "узких мест", обусловленных наличием в ЛВС маршрутизаторов (исключение составляют устройства доступа к WAN-сетям). Обычные программные маршрутизаторы анализируют каждый поступающий IP-пакет данных, прежде чем определить пункт назначения пакета и направить его по определенному пути. Проблема состоит в том, что такие маршрутизаторы способны обрабатывать всего несколько сотен тысяч пакетов в секунду, а современные ЛВС на базе Fast/Gigabit Ethernet требуют гораздо большей производительности.
Коммутаторы уровня 3, или маршрутизирующие коммутаторы (иногда их называют коммутирующими маршрутизаторами и даже IP-коммутаторами) выполняют одновременно функции и коммутации, и маршрутизации. Они работают на третьем, сетевом уровне модели OSI, на котором, в частности, определяются IP-адреса и пакеты. Такие коммутаторы создаются на базе специализированных интегральных микросхем и "коммутационных матриц". Кроме того, в них используются быстродействующие RISC-процессоры и другие элементы, позволяющие достичь высокой скорости маршрутизации.
Коммутаторы уровня 3 могут с успехом заменить маршрутизаторы, объединяющие сегменты ЛВС. Так, по утверждению компании Avaya, ее коммутатор Cajun P550 по сравнению с традиционными маршрутизаторами повышает скорость обмена данными между сегментами ЛВС в 10-100 раз.
Таким образом, коммутаторы уровня 3, как правило, обеспечивают высокую (по сравнению с традиционными маршрутизаторами) скорость маршрутизации для протоколов IP/IPX, малую задержку, а также позволяют организовывать виртуальные локальные сети (VLAN). При этом поддерживаются следующие протоколы маршрутизации: RIP, RIPv2, OSPF (некоторые производители предусматривают даже поддержку BGP - Border Gateway Protocol), а также протоколы многоадресного вещания - IGMP (Internet Group Management Protocol), PIM (Protocol Independent Multicast) и DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol).
Еще одно преимущество коммутаторов 3-го уровня - возможность обеспечения гарантированного качества обслуживания (QoS) для различных типов трафика (при коммутации на уровне 2 эта функция нереализуема).
Наиболее совершенные коммутаторы уровня 3 позволяют осуществлять одновременную фильтрацию трафика для уровней 2, 3, 4 и даже выше, а значит, и гарантированную доставку критически важных данных.
Использование функций уровня 4 позволяет управлять трафиком. Целесообразность совмещения функций, реализуемых на четвертом уровне, с функциями коммутации и маршрутизации (уровни 2 и 3) обусловлена тем, что с точки зрения предотвращения перегрузок в сети может оказаться полезной способность системы анализировать информацию транспортного и более высоких уровней. Подобный анализ позволяет различать трафик протоколов высших уровней: HTTP, FTP, SMTP. Классификация трафика по приложениям и/или пользователям требует перехода на еще более высокие уровни. Такие коммутаторы способны, например, блокировать трафик потокового аудио или видео (mp3/MPEG4) для обеспечения своевременной доставки пакетов критически важных приложений.
Особое место среди коммутаторов верхних уровней занимают устройства с поддержкой портов Gigabit Ethernet, создание которых стало возможно только благодаря технологическому прорыву в сфере разработки специализированных микропроцессоров.
Ведущие производители коммутаторов, такие как 3Com, Сisco Sys-tems, Riverstone Networks (образовалась после разделения Cabletron Systems), Hewlett-Packard, IBM и Nortel Networks, пошли по эволюционному пути, добавив порты Gigabit Ethernet и модули коммутации 3 и 4-го уровней в коммутаторы уровня 2. Одновременно на рынке появились новые компании, которые сразу начали выпускать Gigabit-Ethernet-коммутаторы 3-4-го уровней, однако у нас они пока мало известны.
Коммутаторы Gigabit Ethernet уровня 3 предназначены для использования в качестве коммутаторов магистральной сети предприятия, а также для подключения серверных ферм (групп серверов, расположенных в одном помещении и соединенных между собой для выполнения общих приложений).
Далее мы рассмотрим 48-портовые коммутаторы Fast Ethernet, которые поддерживают ряд функций 3 и 4-го уровня (табл. 1). Интересно, что в устройствах этого класса функции 3-го уровня практически не предусмотрены (из соображений экономии). Действительно, в сегменте 100 Мбит/с, состоящем из 48 узлов, в маршрутизации, как правило, нет необходимости, зато функции 4-го уровня позволяют обеспечить требуемое качество обслуживания трафика критически важных приложений.

Продукция этой компании, еще недавно переживавшей не лучший период своей истории, сейчас занимает прочное, на наш взгляд, положение в обсуждаемом секторе украинского рынка благодаря относительно невысокой стоимости устройств.
В конце прошлого года 3Сom представила ряд новых коммутаторов SuperStack 3 серий 4300/4400, которые пришли на смену серии 3300. Основное преимущество новой линейки - производительность. Коммутаторы серий 4300/4400 являются полностью неблокируемыми, чего не скажешь о 3300 - их производительность никогда широко не афишировалась производителем.
Очень интересное решение из новой линейки - стекируемые коммутаторы 4400 с возможностями коммутации на 2 и 4-м уровне. 24-портовая версия способна обрабатывать до 6,6 млн. кадров в секунду, а 48-портовая - до 10 млн. Все модификации имеют компактный корпус высотой 1U и снабжены двумя слотами для установки модулей расширения 1000Base-T/SX/LX и 100Base-FX и отказоустойчивого модуля для объединения в стек. В одном стеке может размещаться до 192 портов Fast Ethernet.
В каждом из этих коммутаторов предусмотрена возможность объединения портов для создания единого высокоскоростного канала связи с другим коммутатором или сервером. Поддерживаются виртуальные локальные сети на базе стандарта IEEE 802.1Q и резервирование соединений на основе "быстрого" протокола Spanning Tree (IEEE 802.1w), а также возможность установки дополнительных резервных блоков питания.
Рассмотрим возможности устройства по коммутации на 4-м уровне. Своевременная доставка критически важного трафика обеспечивается благодаря поддержке технологии Advanced Class of Service, наличию четырех очередей на каждый порт, поддержке приоритизации на канальном уровне (802.1р) и возможности многоуровневой классификации пакетов.
ПО 3Com Network Supervisor позволяет сконфигурировать коммутаторы SuperStack 3 Switch 4400 для автоматического обнаружения критичных видов трафика, например электронной почты или данных ПО SAP, и назначить им приоритеты внутри корпоративной ЛВС. С другой стороны, можно заблокировать нежелательный трафик, например потоковое аудио.
Имеется система контроля и управления на основе SNMP или Web-интерфейса, встроенные средства RMON, а также фирменное ПО 3Com Transcend Network Supervisor.
Удачно вписывается в рассматриваемую категорию устройств линейка маршрутизирующих коммутаторов Rapier компании Allied Telesyn.
Наиболее интересна, на наш взгляд, модель Rapier 48i. Данный коммутатор имеет 48 портов Fast Ethernet с автоопределением скорости, а также два слота для гигабитных модулей расширения. С коммутатором поставляется полный набор гигабитных интерфейсов: 1000Base-SX для многомодового оптоволокна, 1000Base-LX для одномодового и "медный" модуль 1000Base-T.
Коммутатор имеет встроенный RISC-процессор 200 МГц и 2 Мб буферной памяти. Все функции коммутации 2 и 3-го уровня выполняются на базе ASIC, что позволило добиться высоких показателей производительности на этих уровнях - 10 млн. кадров в секунду при пропускной способности шины коммутатора 19,2 Гбит/с.
Несложные расчеты показывают, что коммутатор является полностью неблокируемым: максимальная производительность для портов 100 Мбит/с составляет 148 800 кадров/с, а для гигабитных - 1 488 000 кадров/с. Устройство поддерживает 8192 MAC-адреса и 2048 IP-адресов.
В коммутаторе предусмотрен широкий набор средств для обеспечения необходимого качества обслуживания и оптимизации пропускной способности: приоритизация трафика 802.1p (четыре очереди на каждый порт), управление потоком 802.3x, фильтрация многоадресного трафика (протоколы IGMP и PIM-DM/SM). Поддерживается до 255 виртуальных ЛВС (что немаловажно для больших сетей) на основе стандарта 802.1Q, а также резервирование соединений на основе протокола остовного дерева (802.1D).
Среди других возможностей - обеспечение QoS на высших уровнях: обработка полей IP TOS, поддержка протокола RSVP (Resource Reservation Protocol), анализ заголовков ТСР и т.д. Поддерживаются протоколы маршрутизации RIP, OSPFv2, BGP4 (опционально), VRRP (Virtual Router Rеdundancy Proto-col) и DVMRP, оптимизирующий доставку мультимедийного трафика. В качестве дополнительных возможностей доступны функции маршрутизации протоколов IPX и Apple-Talk, а также межсетевого экрана (!).
Отличительная черта данного коммутатора - широкие возможности управления: поддержка RMON, управления через консоль, Telnet, SNMP, а также через Web-интерфейс. Для безопасного удаленного управления предусмотрен сервер SSH v. 2.0 (SSH - Secure Shall) и аутентификация на базе RADIUS. Пропускная способность входных портов варьируется от 64 Кбит/с до физической скорости порта, гигабитных выходных портов - от 1 Мбит/с.
Отметим также возможность объединения портов (802.3ad) для создания высокоскоростных каналов связи с серверами или магистралью и функцию зеркалирования портов: трафик одного порта можно перенаправить на другой, что очень удобно в плане мониторинга трафика и подключения различных сетевых анализаторов.
Как всегда на высоте фирменная светодиодная индикация состояния портов. Стоит упомянуть и о возможности установки внешнего резервного блока питания, а также внутреннего на -48 В.
Недавно представленное семейство интеллектуальных коммутаторов Ethernet Cisco Catalyst 2950 включает моноблочные устройства, допускающие установку в отказоустойчивый стек. У каждого из них 24-48 портов Fast Ethernet и два слота для модулей Gigabit Ethernet. Максимальная производительность этих устройств составляет 10 млн. кадров в секунду.
Коммутаторы способны выполнять интеллектуальные функции, такие как расширенная поддержка качества обслуживания, классификация трафика (по следующим признакам: MAC/IP/TCP/UDP-адрес или порт, поле IP-TOS, метки 802.1p), ограничение полосы (rate-limiting), фильтрация и управление многоадресным трафиком (IGMP).
Для выполнения высокоэффективной маршрутизации IP-трафика в сетях среднего размера компания Cisco рекомендует использовать Cata-lyst 2950 в сочетании с коммутаторами серии Catalyst 3550. Коммутаторы третьего уровня Ethernet Cisco Catalyst 3550 - это стекируемые устройства, предназначенные для работы в корпоративных сетях, с 24-48 портами Fast Ethernet и двумя слотами для модулей Gigabit Ethernet, либо только 10 портами Gigabit Ether- net и двумя слотами для модулей.
Catalyst 3550 с 48 портами Fast Ethernet обрабатывает до 10,1 млн. кадров/с; версия с 12 портами Gi-gabit Ethernet - 17 млн. кадров/с. Эти коммутаторы, аналогично Cata-lyst 2950, обеспечивают расширенную поддержку качества обслуживания, возможность ограничения скорости портов (rate-limiting), поддерживают решения Cisco для контроля доступа к сети на базе протокола RADIUS и стандарта 802.1x, управление многоадресным трафиком (IGMP) и высокопроизводительную маршрутизацию IP-трафика (протоколы RIPv1, RIPv2, OSPF, IGRP, (Interior Gateway Routing Protocol) EIGRP, PIM-SM/DM, DVMRP).
Программное обеспечение Cisco Catalyst 3550, Enhanced Multilayer Image (EMI), позволяет организовать в корпоративной сети аппаратную однонаправленную (unicast) и широковещательную (multicast) IP-маршрутизацию, маршрутизацию между ВЛВС, трассируемые списки контроля доступа (RACLs), маршрутизацию с горячей заменой (HSRP - Hot Standby Router Protocol). Cisco Catalyst с портами Gigabit Ethernet поставляется с предустановленным EMI. Конфигурации без Gigabit Ethernet могут поставляться как с предустановленным EMI, так и без него (возможна последующая инсталляция этого ПО).
Расширенное программное обеспечение Cisco Cluster Management Suite (CMS), встроенное в Cisco Catalyst серий 2950 и 3550, включает ряд "мастеров" конфигурирования, упрощающих реализацию объединенных приложений и сетевых сервисов.
Компания Enterasys представлена в данном обзоре недавно выпущенным устройством серии Vertical Horizon VH-2402-L3. Это 24-портовый коммутатор 10/100 Мбит/с с двумя модулями расширения; индекс L3 свидетельствует о возможностях коммутации третьего уровня.
Коммутатор построен на базе процессора Toshiba TX3927, имеет буфер объемом 16 Мб и таблицу MAC-адресов на 8 тыс. записей. Производительность внутренней шины составляет 9 Гбит/с, что обуславливает суммарную производительность 6,6 млн. 64-байтных кадров/с. Таким образом, это полностью неблокируемый коммутатор.
Устройство имеет 24 порта 10/100 Мбит/с с автоматическим определением скорости (100Base-TX или 10Base-T), а также режима дуплекса. На всех портах поддерживается управление потоком IEEE 802.3x и приоритизация трафика 802.1p, для чего организуется четырехуровневая очередь.
Порты Gigabit Ethernet поставляются как дополнительные модули, которые могут быть установлены в свободный слот на передней панели коммутатора. Имеются оптические порты 1000Base-LX/SX/Т. До четырех портов 100 Мбит/с или два гигабитных могут быть объединены в высокопроизводительный дуплексный "транк" для соединений коммутатор-коммутатор или сервер-коммутатор. Коммутатор поддерживает ВЛВС стандарта IEEE 802.1Q.
Поддерживается маршрутизация IP-трафика по протоколам RIP-1/ RIP-2, а также фильтрация многоадресного трафика IGMP.
Линейка ProCurve компании Hewlett-Packard недавно пополнилась новой серией модульных коммутаторов - 4100gl. Рассмотрим наиболее интересное устройство этой серии - 48-портовый модульный коммутатор 4148gl 10/100 Мбит/с.
Коммутатор имеет два свободных слота для установки дополнительных 24-портовых модулей 10/100 Мбит/с, модулей 1000Base-LX/SX/T или модуля стекирования, а также модулей 100Base-FX. Пропускная способность шины составляет 18 Гбит/с, что обеспечивает обработку до 35 млн. 64-байтных кадров в секунду. "Сердцем" коммутатора является процессор Motorola PowerPC с тактовой частотой 200 МГц. Объем буферной памяти составляет 16 Мб для гигабитных модулей и 512 Кб для модулей 10/100, размер таблицы MAC-адресов - 8 000 записей.
Чтобы ограничить передачу группового широковещательного трафика (например, видео), используется протокол группового вещания - IGMPv2.
В коммутаторе реализована поддержка различных видов ВЛВС - на базе портов, MAC-адресов, а также 802.1Q; кроме того, поддерживается аутентификация пользователей, подключенных к портам коммутатора по протоколу RADIUS (стандарт IEEE 802.1x). Объединение портов по стандарту 802.3ad и Cisco Fast EtherChannel позволяет повысить пропускную способность магистральных линий связи. Для резервирования сетевых соединений используется недавно стандартизованный алгоритм остовного дерева с быстрой сходимостью - IEEE 802.1w. Приоритизация трафика поддерживается на канальном уровне - на базе стандарта 802.1p. Возможно управление потоками кадров в дуплексном режиме согласно стандарту 802.3х.
Предусмотрены различные способы управления коммутатором: через SNMP, Web-интерфейс, консоль. Кроме того, поддерживается мониторинг: четыре группы RMON, SMON (Switch Monitoring) и протокол CDP (Cisco Discovery Protocol). При удаленном управлении поддерживается защищенное соединение через протокол SSH.
Высокий коэффициент готовности коммутатора обеспечивается за счет резервирования блоков питания и возможности горячей замены модулей. Особо следует отметить заявленную поддержку нового протокола iSCSI для сетей SAN, а также обещанные производителем возможности IP-маршрутизации между VLAN, которые должны появиться в ближайшем обновлении ПО коммутатора.
В апреле этого года Nortel Net-works представила новую серию модульных стекируемых коммутаторов BayStack 470, пришедших на смену когда-то очень популярным, но уже устаревшим морально BayStack 450.
Модульный коммутатор BayStack 470-48T имеет 48 портов 10/100 Мбит/с с автоопределением скорости подключаемых устройств, два слота для установки гигабитных интерфейсных модулей (GBIC), а также, в отличие от 450-й серии, встроенный модуль для стекирования. В стек можно объединить до 8 устройств и получить таким образом до 384 портов Fast Ethernet.
Устройство может обрабатывать до 3,2 млн. 64-байтных Ethernet-кадров в секунду; это практически единственная в нашем обзоре модель, поддерживающая до 16 тыс. MAC-адресов.
Замечательной особенностью коммутаторов BayStack 470 является способ их стекирования. Каждый стековый модуль имеет два интерфейса, один из которых подключается к следующему устройству в стеке, а другой к предыдущему. У верхнего и нижнего коммутатора в стеке свободные порты также соединены, так что образуется своеобразное кольцо (рис. 1). Такое решение позволяет обеспечить работоспособность стека даже при полном выходе из строя одного из коммутаторов.
Коммутатор предоставляет широкие возможности конфигурирования виртуальных ЛВС. Может быть создано до 256 ВЛВС на базе портов или MAC-адресов, поддерживается также стандарт 802.1Q. Благодаря поддержке функций качества обслуживания (QoS) и фильтрации многоадресного трафика (IGMP) возможна интеграция голоса, видео и данных в одной сети.
Остановимся подробней на механизмах качества обслуживания, реализованных в BayStack 470. Коммутатор может маркировать Erthernet- -кадры в соответствии с различными классами обслуживания в зависимости от следующих параметров: значение поля TOS IP-пакета; IP-адрес источника/назначения или подсети; тип протокола (TCP/UDP/IGMP); значение TCP/UDP-адреса; тип Ether-net-кадра (IP/IPX); номер ВЛВС. Сопоставление значения поля ToS IP-пакета и метки Ethernet-кадра 802.1p выполняется аппаратно на базе заказных микропроцессоров (ASIC).
Правила QoS задаются через удобный графический интерфейс, позволяющий значительно упростить этот процесс в сравнении с использованием режима командной строки. Можно ограничить интенсивность входящего трафика в соответствии с типом QoS; на магистральных портах поддерживается функция управления полосой пропускания - traffic shaping.
Особое внимание разработчики данной модели уделили надежности и безопасности, приняв с этой целью ряд конструктивных мер. Каждое устройство в стеке хранит всю информацию об общей конфигурации стека, благодаря чему стек сохраняет работоспособность даже в случае выхода из строя какого-либо из компонентов.
Технология MultiLink Trunking позволяет подключать коммутаторы друг к другу или сервер к стеку, используя несколько физических линий, которые с точки зрения логической структуры сети представляют собой одно соединение. Для протокола остовного дерева это также одно логическое соединение, поэтому в случае обрыва физической линии внутри соединения реконфигурации сети не происходит. Таким образом, Multi-Link Trunking позволяет организовывать высоконадежные соединения между коммутаторами и серверами с малым временем восстановления (менее секунды). Для организации одного соединения MultiLink Trunking могут быть использованы порты разных коммутаторов, установленных в один стек. Поэтому даже при выходе из строя одного из коммутаторов стека работа критически важных сетевых приложений не нарушится.
Для резервирования соединений и распределения нагрузки в ЛВС поддерживается несколько копий протокола остовного дерева (до 8). Кроме того, можно установить в коммутатор резервный блок питания с автоматическим переключением.
Коммутатор поддерживает аутентификацию пользователей по протоколу RADIUS (стандарт 802.1x), а также новейшую, третью версию протокола SNMP, что обеспечивает высокий уровень безопасности.
Управление коммутаторами Bay-Stack 470 осуществляется с помощью платформы Optivity, разработанной Nortel Networks. Для управления используется протокол SNMP, а мониторинг и анализ сетевого трафика обеспечиваются за счет поддержки протокола RMON (4 группы на каждом порту: Alarms, Events, History и Statistics). В устройстве реализовано Web-управление, что позволяет сетевому администратору получать информацию с коммутатора при помощи Интернет-браузера.
К несомненным преимуществам устройства можно отнести наличие оптических модулей 1000Base-XD/ZX, обеспечивающих дальность связи до 40 и 80 км соответственно. А вот отсутствие модулей 1000Base-T - минус; будем надеяться, что они появятся в ближайшем будущем.

На чем остановиться?

При покупке коммутатора уровня 3-4 сначала проверьте, удовлетворяет ли выбранное вами изделие приведенным ниже требованиям или, по крайней мере, большинству из них.
Коммутатор должен обладать как минимум "джентльменским набором" функций, стандартным для устройств такого класса: автоопределение скорости портов, управление потоком 802.3х, приоритизация трафика 802.1p, поддержка виртуальных ЛВС 802.1Q. Если многие из этих возможностей отсутствуют, то оправданием может служить только одно - очень низкая цена.
Выбирайте коммутаторы, обеспечивающие требуемое быстродействие. Современный коммутатор должен поддерживать как минимум несколько портов Gigabit Ethernet. Выясните, является ли коммутатор неблокируемым при полной нагрузке на все порты.
IP-коммутация и маршрутизация - не единственная функция, которую выполняют коммутаторы уровня 3. Последние модели могут также поддерживать протоколы Novell IPX и AppleTalk. Что касается возможностей четвертого уровня, то коммутатор должен как минимум поддерживать анализ полей IP TOS, что позволяет обеспечивать в ЛВС так называемое расширенное качество обслуживания. Поддержка же протоколов IGMP, PIM и DVMPR позволит значительно снизить объем широковещательного трафика в сети при передаче мультимедиа-данных, например потокового видео.
Протокол остовного дерева (IEEE 802.1D) предотвращает возникновение циклических маршрутов в сети и делает возможным создание резервных сетевых соединений. Последние модели коммутаторов поддерживают усовершенствованную технологию остовного дерева с гораздо меньшим временем сходимости - 802.1w.
За счет объединения нескольких (обычно до 4) портов (802.3ad, Fast EtherChannel, Gigabit EtherСhannel) создаются высокопроизводительные магистральные каналы, что позволяет организовывать соединения с пропускной способностью более 1 Гбит/с. Другое применение данной технологии - резервирование магистральных соединений и соединений серверов с ЛВС. При этом данные, которые передавались по вышедшему из строя каналу, автоматически перенаправляются в другие каналы соединения.
Немаловажным фактором обеспечения надежности сети является возможность установки резервного источника питания. Она имеется в коммутаторах фирм Nortel Networks, 3Com и др.
Коммутатор должен обладать широким набором интерфейсов Gigabit Ethernet (1000Base-SX/LX/T) для подключения к магистральным коммутаторам и серверам. Интерфейсы 1000Base-SX предназначены для использования совместно с многомодовым волоконно-оптическим кабелем; максимальная дальность связи при этом не превышает 800 м, однако для ЛВС, не выходящей за пределы здания, этого достаточно.
Если же необходимо объединить несколько удаленных друг от друга объектов, например разнесенные территориально корпуса, нужно использовать одномодовое оптоволокно и интерфейсы 1000Base-LX. Следует отметить, что это не предел: ряд производителей, например Сisco и Nortel, выпускают модули для одномодового оптического кабеля с дальностью связи до 100 км.
Для подключения серверов и коммутаторов, находящихся на расстоянии до 100 м, выгоднее всего использовать интерфейсы 1000Base-T, в данный момент имеющиеся в коммутаторах практически всех производителей.
Что касается управления, то большинство устройств рассматриваемого класса поддерживают SNMP, Web-интерфейс и зонд RMON. Так, например, BayStack 450 компании Nortel Networks поддерживает четыре группы RMON на каждом порту.

Следует также обратить внимание на объем и характер информации, отображаемой на передней панели. Хорошая индикация ошибок и состояния портов поможет справиться с самыми различными проблемами.
В зависимости от предполагаемых размеров сети необходимо выбрать тип коммутаторов - одиночные или стековые. Стековые устройства предоставляют больше возможностей для расширения сети. Количество портов в одном стеке может достигать 100, и это позволит отложить на некоторое время приобретение гигабитного коммутатора для объединения сегментов ЛВС. Отметим, что практически все рассмотренные в обзоре устройства обеспечивают стекирование.
Исходя из длительного срока эксплуатации коммутаторов, следует приобретать те из них, которые имеют максимальный срок гарантии.
Мы взяли на себя смелость расставить коммутаторам оценки по приведенным выше критериям. Под критерием "конструкция" мы подразумевали возможность стекирования, установки резервных блоков питания, "медных" портов и их резервирования, возможность резервирования самого стека и т.д. Мы оценивали устройства по пятибалльной шкале (табл. 2).
Среди коммутаторов с поддержкой функций 2 и 4-го уровней первое место занял 3Com SuperStack 3 4400с. Большой отрыв от конкурентов обеспечила ему низкая цена в расчете на один порт, практически в два раза ниже, чем у других участников. На втором месте Cisco Catalyst 2950, на третьем - BayStack 470-48T. Если же основным критерием считать не цену, а функциональные возможности, то выбором редакции в этой категории является Catalyst 2950.
Среди маршрутизирующих коммутаторов места распределились следующим образом: первое место разделили Cisco Catalyst 3550 и Allied Telesyn Rapier 48i с очень небольшой разницей полученных баллов, второе - HP ProCurve Switch 4100gl, и третье почетное место занял коммутатор Enterasys VH-2402-L3.
Следует сказать несколько слов о компании Allied Telesyn: ранее она выглядела эдаким скромным середнячком, выпускавшим недорогие проверенные решения. Теперь же компания представила продукт, практически ничем не уступающий Cisco Catalyst 3550 (к сожалению, такой же дорогостоящий).
В завершении отметим, что цена за порт маршрутизирующих коммутаторов 2-4-го уровня сейчас составляет $ 95-110. Это примерно в три раза выше стоимости порта обычного коммутатора 2-го уровня. Однако еще пару лет назад такие цифры казались просто недостижимыми, поэтому сегодня использование таких устройств в корпоративных ЛВС можно считать вполне оправданным.