Что такое коммутатор (switch)


Сетевые коммутаторы — электронные устройства, объединяющие несколько сетей в единое целое. Они образуют многопортовые мосты, связывающие хосты, подключенные в сеть. Их главное отличие от роутеров, работающих на третьем уровне модели OSI, состоит в том, что коммутаторы используют второй (канальный) уровень. Они адресно передают трафик между устройствами (за исключением широковещательных пакетов и кадров с неизвестным адресом получателя). Эти они отличаются от концентраторов, распространяющих пакеты с одного адреса на всю сеть.

Наиболее часто это оборудование применяется в ethernet-сетях.

Принцип работы

Для правильной адресации в памяти коммутатора хранится специальная таблица — сведения о соответствии MAC-адресов хостов и портов устройства. Эти данные заполняются в момент включения оборудования, когда запускается режим обучения. Тогда все данные, поступающие на любой из портов, транслируются на остальные. Электроника на основе анализа фреймов считывает адрес хоста, отправившего пакет, и записывает его соответствие номеру порта в память. Далее любые данные, направляющиеся на MAC-адрес, прописанный в таблице, направляются исключительно через соответствующий порт. При получении фреймов для MAC-адресов, записи о которых отсутствуют, они транслируются на все порты,исключая тот, куда пришел пакет. Через время в памяти устройства прописывается информация обо всех адресах. Это называется локализация трафика.

Преимущества коммутаторов заключаются в малом времени задержек маршрутизации.

Способы коммутации

Различают три режима коммутации, отличающиеся двумя показателями: надежность передачи фреймов и задержка (время ожидания):

  • Промежуточное хранение. Оборудование считывает фрейм, анализирует его и, если ошибки отсутствуют, отправляет на соответствующий порт.

  • Сквозной. Коммуникация осуществляется лишь на основе адреса получателя. Режим отличается минимальными задержками, однако не предотвращает ретрансляцию фреймов, содержащих ошибки.

  • Гибридный (бесфрагментный). Правила прохождения фреймов зависят от их размера. Кадры с размером 64 байта проходят ретранслируются в режиме промежуточного хранения. Остальные передаются по сквозному методу. Общая задержка прохождения фреймов суммируется из времени входа и продолжительности принятий решения о способе передачи.

Отличия асимметричной и симметричной коммутации



Симметрия определяет скорость передачи данных каждого входа коммутатора. При симметричной коммутации все порты задействованы на одной скорости. Асимметричный коммутатор позволяет каждому коммутируемому соединению работать на своей скорости. Это актуально там, где требуется разная ширина полос пропускания на каждом из портов. Например, асинхронная коммуникация применяется для обработки трафика при соединении клиент-сервер. Порт, к которому подключен сервер, работает на большей скорости, чем клиентские порты. Это предотвращает переполнение канала при одновременном обращении множества клиентских хостов.

Асимметричная коммутация используется для увеличения скорости передачи трафика между отдельными каналами и разными сегментами магистралей.

Для трансляции трафика с более быстрого на медленные порты коммуникаторы оборудованы буфером памяти.

Буферизация применяется для временного хранения кадров перед отправкой.

Различают два способа буферизации:

  • По портам. Сетевые пакеты хранятся в раздельных очередях. Каждая из них соответствует конкретным входным портам. Фреймы отправляются лишь после успешной передачи всех фреймом, стоящих в очереди перед ними.

  • С общей памятью. Все пакеты данных хранятся в едином буфере, независимо от порта получателя. Память распределяется между ними в зависимости от потребности каждого порта.



Разновидности коммутаторов

Устройства делятся на два типа:

Вторая разновидность имеет сетевой интерфейс для управления таблицами маршрутизации и настройки дополнительных опций. На них доступны QoS, VLAN, мультикаст фильтрация и другие сетевые функции.

автор fastbb дата 04.02.19
Наверх