Сетевой коммутатор
В этой статье может быть слишком много ссылок на другие статьи, и, возможно, их количество нужно сократить. |
Сетевой коммутатор (жарг. свитч, свич от англ. switch «переключатель») — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном (втором) уровне сетевой модели OSI. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы (3 уровень OSI).
В отличие от концентратора (1 уровень OSI), который распространяет трафик от одного подключённого устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю (исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети и трафик для устройств, для которых неизвестен исходящий порт коммутатора). Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.
Далее в этой статье рассматриваются исключительно коммутаторы для технологии Ethernet.
Принцип работы коммутатора
Коммутатор хранит в памяти (т. н. ассоциативной памяти) таблицу коммутации, в которой указывается соответствие узла порту. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует фреймы (кадры) и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу на некоторое время.
Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если же MAC-адрес хоста-получателя не ассоциирован с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты, за исключением того порта, с которого он был получен. Со временем коммутатор строит таблицу для всех активных MAC-адресов, в результате трафик локализуется.
Стоит отметить малую задержку и высокую скорость пересылки на каждом порту интерфейса.
Режимы коммутации
Существует три способа коммутации, у которых различаются задержка и надёжность передачи:
- С промежуточным хранением (store and forward). Коммутатор читает весь кадр, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и посылает в него весь кадр.
- Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает из кадра только адрес назначения и после посылает весь кадр в соответствующий порт, не проверяя на ошибки. Так как нет необходимости хранить в памяти весь кадр для проверки, коммутатор может послать начало кадра, не получив его конца, так что задержка ниже.
- Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный . Этот режим является модификацией сквозного режима, который частично решает проблему коллизий. Повреждённые коллизией кадры часто короче минимально допустимого размера, равного 64 байтам, поэтому в этом режиме коммутатор отбрасывает кадры длиной меньше 64 байт, а все остальные после прочтения первых 64 байт передаёт дальше в сквозном режиме[источник не указан 1626 дней].
Задержка, связанная с «принятием коммутатором решения», добавляется к времени, которое требуется кадру для входа на порт коммутатора и выхода с него, и вместе с ним определяет общую задержку коммутатора.
Симметричная и асимметричная коммутация
Свойство симметрии при коммутации позволяет дать характеристику коммутатора с точки зрения ширины полосы пропускания для каждого его порта. Симметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с одинаковой шириной полосы пропускания, например, когда все порты имеют ширину пропускания 10 Мбит/с или 100 Мбит/с.
Асимметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с различной шириной полосы пропускания, например, в случаях комбинации портов с шириной полосы пропускания 10 Мбит/с или 100 Мбит/с и 1000 Мбит/с.
Асимметричная коммутация используется в случае наличия больших сетевых потоков типа клиент-сервер, когда многочисленные пользователи обмениваются информацией с сервером одновременно, что требует большей ширины пропускания для того порта коммутатора, к которому подсоединён сервер, с целью предотвращения переполнения на этом порте. Для того, чтобы направить поток данных с порта 100 Мбит/с на порт 10 Мбит/с без опасности переполнения на последнем, асимметричный коммутатор должен иметь буфер памяти[источник не указан 2813 дней].
Асимметричный коммутатор также необходим для обеспечения большей ширины полосы пропускания каналов между коммутаторами, осуществляемых через вертикальные кросс-соединения, или каналов между сегментами магистрали.
Буфер памяти
В результате коммутации могут одновременно возникнуть два кадра, предназначенные одному порту. Однако, их невозможно отправить через него одновременно, поэтому все поступающие кадры хранятся до отправки в специальной области памяти коммутатора —так называемом буфере.
Есть два способа организации буфера: буферизация по портам и буферизация с общей памятью. При буферизации по портам кадры хранятся в очередях (queue), которые связаны с отдельными входными портами. Пакет передаётся на выходной порт только тогда, когда все кадры, находившиеся впереди него в очереди, были успешно переданы. При этом возможна ситуация, когда один кадр задерживает всю очередь из-за занятости порта его пункта назначения. Эта задержка может происходить даже в том случае, когда остальные кадры могут быть переданы на открытые порты своих пунктов назначения.
При буферизации в общей памяти все кадры хранятся в общем буфере, который используется всеми портами коммутатора, каждому из которых память выделяется по требованию. Такой метод называется динамическим распределением буферной памяти. После этого кадры, находившиеся в буфере, распределяются по выходным портам. Это позволяет получить кадр на одном порте и отправить его с другого порта, не устанавливая его в очередь.
Коммутатор поддерживает карту портов, в которые требуется отправить кадры. Очистка этой карты происходит только после того, как кадр успешно отправлен.
Поскольку память буфера является общей, размер кадра ограничивается всем размером буфера, а не долей, предназначенной для конкретного порта. Это означает, что крупные кадры могут быть переданы с меньшими потерями, что особенно важно при асимметричной коммутации, то есть, когда порт с шириной полосы пропускания 100 Мбит/с должен отправлять пакеты на порт 10 Мбит/с.
Возможности и разновидности коммутаторов
Коммутаторы подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые).
Более сложные коммутаторы позволяют управлять коммутацией на сетевом (третьем) уровне модели OSI. Обычно их именуют соответственно, например «Layer 3 Switch» или сокращенно «L3 Switch». Управление коммутатором может осуществляться посредством Web-интерфейса, интерфейса командной строки (CLI), протокола SNMP, RMON и т. п.
Многие управляемые коммутаторы позволяют настраивать дополнительные функции: VLAN, QoS, агрегирование, зеркалирование. Многие коммутаторы уровня доступа обладают такими расширенными возможностями, как сегментация трафика между портами, контроль трафика на предмет штормов, обнаружение петель, ограничение количества изучаемых MAC-адресов, ограничение входящей/исходящей скорости на портах, функции списков доступа и т. п.
Сложные коммутаторы можно объединять в одно логическое устройство — стек — с целью увеличения числа портов. Например, можно объединить 4 коммутатора с 24 портами и получить логический коммутатор с 90 ((4*24)-6=90) портами либо с 96 портами (если для стекирования используются специальные порты).
Литература
- Дэвид Хьюкаби, Стив Мак-Квери. Руководство Cisco по конфигурированию коммутаторов Catalyst = Cisco Field Manual: Catalyst Switch Configuration. — М.: , 2004. — С. 560. — ISBN 5-8459-0700-4.
- Брайан Хилл. Глава 9. Основные сведения о коммутаторах // Полный справочник по Cisco = Cisco: The Complete Reference. — , 2002. — С. 1088. — ISBN 0-07-219280-1.
- А. А. Шимбирёв, Тетеревлева Ев. К., Тетеревлева Ек. К. — Курс лекций «Компьютерные сети» — МПТ РГТЭУ, 2013
Ссылки
- Understanding the different types of Ethernet Switches — Cisco Blogs
- 4.1.1.4 Повторители, мосты, мультиплексоры, переключатели и маршрутизаторы — Семенов Ю. А. (ИТЭФ-МФТИ)
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Сетевой коммутатор, Что такое Сетевой коммутатор? Что означает Сетевой коммутатор?
V etoj state mozhet byt slishkom mnogo ssylok na drugie stati i vozmozhno ih kolichestvo nuzhno sokratit Pozhalujsta oformite eyo soglasno pravilam rasstanovki i oformleniya vnutrennih ssylok i udalite povtoryayushiesya ssylki i vse ssylki ne otnosyashiesya k kontekstu 29 iyunya 2021 Setevoj kommutator zharg svitch svich ot angl switch pereklyuchatel ustrojstvo prednaznachennoe dlya soedineniya neskolkih uzlov kompyuternoj seti v predelah odnogo ili neskolkih segmentov seti Kommutator rabotaet na kanalnom vtorom urovne setevoj modeli OSI Kommutatory byli razrabotany s ispolzovaniem mostovyh tehnologij i chasto rassmatrivayutsya kak mnogoportovye mosty Dlya soedineniya neskolkih setej na osnove setevogo urovnya sluzhat marshrutizatory 3 uroven OSI Setevoj kommutator na 52 porta vklyuchaya 4 opticheskih kombo porta 24 portovyj setevoj kommutator V otlichie ot koncentratora 1 uroven OSI kotoryj rasprostranyaet trafik ot odnogo podklyuchyonnogo ustrojstva ko vsem ostalnym kommutator peredayot dannye tolko neposredstvenno poluchatelyu isklyuchenie sostavlyaet shirokoveshatelnyj trafik vsem uzlam seti i trafik dlya ustrojstv dlya kotoryh neizvesten ishodyashij port kommutatora Eto povyshaet proizvoditelnost i bezopasnost seti izbavlyaya ostalnye segmenty seti ot neobhodimosti i vozmozhnosti obrabatyvat dannye kotorye im ne prednaznachalis Dalee v etoj state rassmatrivayutsya isklyuchitelno kommutatory dlya tehnologii Ethernet Hirschmann Octopus 24MPoE kommutatorPrincip raboty kommutatoraKommutator hranit v pamyati t n associativnoj pamyati tablicu kommutacii v kotoroj ukazyvaetsya sootvetstvie uzla portu Pri vklyuchenii kommutatora eta tablica pusta i on rabotaet v rezhime obucheniya V etom rezhime postupayushie na kakoj libo port dannye peredayutsya na vse ostalnye porty kommutatora Pri etom kommutator analiziruet frejmy kadry i opredeliv MAC adres hosta otpravitelya zanosit ego v tablicu na nekotoroe vremya Vposledstvii esli na odin iz portov kommutatora postupit kadr prednaznachennyj dlya hosta MAC adres kotorogo uzhe est v tablice to etot kadr budet peredan tolko cherez port ukazannyj v tablice Esli zhe MAC adres hosta poluchatelya ne associirovan s kakim libo portom kommutatora to kadr budet otpravlen na vse porty za isklyucheniem togo porta s kotorogo on byl poluchen So vremenem kommutator stroit tablicu dlya vseh aktivnyh MAC adresov v rezultate trafik lokalizuetsya Stoit otmetit maluyu zaderzhku i vysokuyu skorost peresylki na kazhdom portu interfejsa Rezhimy kommutaciiSm takzhe Kommutaciya Sushestvuet tri sposoba kommutacii u kotoryh razlichayutsya zaderzhka i nadyozhnost peredachi S promezhutochnym hraneniem store and forward Kommutator chitaet ves kadr proveryaet ego na otsutstvie oshibok vybiraet port kommutacii i posylaet v nego ves kadr Skvoznoj cut through Kommutator schityvaet iz kadra tolko adres naznacheniya i posle posylaet ves kadr v sootvetstvuyushij port ne proveryaya na oshibki Tak kak net neobhodimosti hranit v pamyati ves kadr dlya proverki kommutator mozhet poslat nachalo kadra ne poluchiv ego konca tak chto zaderzhka nizhe Besfragmentnyj fragment free ili gibridnyj Etot rezhim yavlyaetsya modifikaciej skvoznogo rezhima kotoryj chastichno reshaet problemu kollizij Povrezhdyonnye kolliziej kadry chasto koroche minimalno dopustimogo razmera ravnogo 64 bajtam poetomu v etom rezhime kommutator otbrasyvaet kadry dlinoj menshe 64 bajt a vse ostalnye posle prochteniya pervyh 64 bajt peredayot dalshe v skvoznom rezhime istochnik ne ukazan 1626 dnej Zaderzhka svyazannaya s prinyatiem kommutatorom resheniya dobavlyaetsya k vremeni kotoroe trebuetsya kadru dlya vhoda na port kommutatora i vyhoda s nego i vmeste s nim opredelyaet obshuyu zaderzhku kommutatora Simmetrichnaya i asimmetrichnaya kommutaciyaSvojstvo simmetrii pri kommutacii pozvolyaet dat harakteristiku kommutatora s tochki zreniya shiriny polosy propuskaniya dlya kazhdogo ego porta Simmetrichnyj kommutator obespechivaet kommutiruemye soedineniya mezhdu portami s odinakovoj shirinoj polosy propuskaniya naprimer kogda vse porty imeyut shirinu propuskaniya 10 Mbit s ili 100 Mbit s Asimmetrichnyj kommutator obespechivaet kommutiruemye soedineniya mezhdu portami s razlichnoj shirinoj polosy propuskaniya naprimer v sluchayah kombinacii portov s shirinoj polosy propuskaniya 10 Mbit s ili 100 Mbit s i 1000 Mbit s Asimmetrichnaya kommutaciya ispolzuetsya v sluchae nalichiya bolshih setevyh potokov tipa klient server kogda mnogochislennye polzovateli obmenivayutsya informaciej s serverom odnovremenno chto trebuet bolshej shiriny propuskaniya dlya togo porta kommutatora k kotoromu podsoedinyon server s celyu predotvrasheniya perepolneniya na etom porte Dlya togo chtoby napravit potok dannyh s porta 100 Mbit s na port 10 Mbit s bez opasnosti perepolneniya na poslednem asimmetrichnyj kommutator dolzhen imet bufer pamyati istochnik ne ukazan 2813 dnej Asimmetrichnyj kommutator takzhe neobhodim dlya obespecheniya bolshej shiriny polosy propuskaniya kanalov mezhdu kommutatorami osushestvlyaemyh cherez vertikalnye kross soedineniya ili kanalov mezhdu segmentami magistrali Bufer pamyatiV rezultate kommutacii mogut odnovremenno vozniknut dva kadra prednaznachennye odnomu portu Odnako ih nevozmozhno otpravit cherez nego odnovremenno poetomu vse postupayushie kadry hranyatsya do otpravki v specialnoj oblasti pamyati kommutatora tak nazyvaemom bufere Est dva sposoba organizacii bufera buferizaciya po portam i buferizaciya s obshej pamyatyu Pri buferizacii po portam kadry hranyatsya v ocheredyah queue kotorye svyazany s otdelnymi vhodnymi portami Paket peredayotsya na vyhodnoj port tolko togda kogda vse kadry nahodivshiesya vperedi nego v ocheredi byli uspeshno peredany Pri etom vozmozhna situaciya kogda odin kadr zaderzhivaet vsyu ochered iz za zanyatosti porta ego punkta naznacheniya Eta zaderzhka mozhet proishodit dazhe v tom sluchae kogda ostalnye kadry mogut byt peredany na otkrytye porty svoih punktov naznacheniya Pri buferizacii v obshej pamyati vse kadry hranyatsya v obshem bufere kotoryj ispolzuetsya vsemi portami kommutatora kazhdomu iz kotoryh pamyat vydelyaetsya po trebovaniyu Takoj metod nazyvaetsya dinamicheskim raspredeleniem bufernoj pamyati Posle etogo kadry nahodivshiesya v bufere raspredelyayutsya po vyhodnym portam Eto pozvolyaet poluchit kadr na odnom porte i otpravit ego s drugogo porta ne ustanavlivaya ego v ochered Kommutator podderzhivaet kartu portov v kotorye trebuetsya otpravit kadry Ochistka etoj karty proishodit tolko posle togo kak kadr uspeshno otpravlen Poskolku pamyat bufera yavlyaetsya obshej razmer kadra ogranichivaetsya vsem razmerom bufera a ne dolej prednaznachennoj dlya konkretnogo porta Eto oznachaet chto krupnye kadry mogut byt peredany s menshimi poteryami chto osobenno vazhno pri asimmetrichnoj kommutacii to est kogda port s shirinoj polosy propuskaniya 100 Mbit s dolzhen otpravlyat pakety na port 10 Mbit s Vozmozhnosti i raznovidnosti kommutatorovKommutatory podrazdelyayutsya na upravlyaemye i neupravlyaemye naibolee prostye Bolee slozhnye kommutatory pozvolyayut upravlyat kommutaciej na setevom tretem urovne modeli OSI Obychno ih imenuyut sootvetstvenno naprimer Layer 3 Switch ili sokrashenno L3 Switch Upravlenie kommutatorom mozhet osushestvlyatsya posredstvom Web interfejsa interfejsa komandnoj stroki CLI protokola SNMP RMON i t p Mnogie upravlyaemye kommutatory pozvolyayut nastraivat dopolnitelnye funkcii VLAN QoS agregirovanie zerkalirovanie Mnogie kommutatory urovnya dostupa obladayut takimi rasshirennymi vozmozhnostyami kak segmentaciya trafika mezhdu portami kontrol trafika na predmet shtormov obnaruzhenie petel ogranichenie kolichestva izuchaemyh MAC adresov ogranichenie vhodyashej ishodyashej skorosti na portah funkcii spiskov dostupa i t p Slozhnye kommutatory mozhno obedinyat v odno logicheskoe ustrojstvo stek s celyu uvelicheniya chisla portov Naprimer mozhno obedinit 4 kommutatora s 24 portami i poluchit logicheskij kommutator s 90 4 24 6 90 portami libo s 96 portami esli dlya stekirovaniya ispolzuyutsya specialnye porty LiteraturaDevid Hyukabi Stiv Mak Kveri Rukovodstvo Cisco po konfigurirovaniyu kommutatorov Catalyst Cisco Field Manual Catalyst Switch Configuration M 2004 S 560 ISBN 5 8459 0700 4 Brajan Hill Glava 9 Osnovnye svedeniya o kommutatorah Polnyj spravochnik po Cisco Cisco The Complete Reference 2002 S 1088 ISBN 0 07 219280 1 A A Shimbiryov Teterevleva Ev K Teterevleva Ek K Kurs lekcij Kompyuternye seti MPT RGTEU 2013SsylkiUnderstanding the different types of Ethernet Switches Cisco Blogs 4 1 1 4 Povtoriteli mosty multipleksory pereklyuchateli i marshrutizatory Semenov Yu A ITEF MFTI
