Використання комутаторів для структуризації комп'ютерних мереж
1 Призначення та характеристики комутаторів
Технологія комутації сегментів комп'ютерних мереж була запропонована фірмою Kalpana в 1990 році у відповідь на зростаючі потреби в підвищенні пропускної здатності зв'язків високопродуктивних спеціалізованих серверів як між собою, так і з сегментами робочих місць користувачів.
Комутатор (switch), в принципі, виконує ті ж функції, що і міст, але для обслуговування потоку даних, що надходить на кожен порт, в пристрій встановлюється окремий спеціалізований процесор, який реалізує алгоритм моста. Комутатор використовується як засіб сегментації - зменшення кількості вузлів в доменах колізій. У граничному випадку - мікросегментації - до кожного порту комутатора підключається тільки один вузол. При цьому комутатор повинен направити в потрібний порт кожен приходить кадр, що пред'являє високі вимоги до продуктивності процесора комутатора.
Існують два основні підходи до комутації: з проміжним збереженням кадрів і комутації В«на льотуВ».
Технологія з проміжним зберіганням (store and forward) припускає, що кожен кадр, що прийшов в порт, цілком приймається в буферну пам'ять. Далі процесор аналізує його заголовок, адреса джерела використовує для побудови своїх таблиць, а за адресою призначення визначає порт, в який кадр повинен бути переданий. У разі многоадресной або широкомовної передачі це буде група з всіх інших портів. Передача в порт проводиться у міру його звільнення згідно з процедурою CSMA/CD. Після успішної передачі (у всі необхідні порти) кадр з пам'яті видаляється, звільняючи місце. Ця технологія дозволяє аналізувати кадр (перевіряти CRC-код) і ігнорувати помилкові кадри. Недоліком такого підходу є значна затримка передачі кадрів, принаймні, на час прийому кадру (для максимально довгого кадру при 10 Мбіт/с - 1,22 мс).
Комутація В«на льотуВ» (on-the-fly) виконується, по можливості, без проміжного зберігання кадру. Порт приймає кадр, одночасно аналізуючи його полі заголовка. Як тільки будуть прийняті біти адреси призначення - перші 6 байт після преамбули, - комутатор вже може пересилати кадр в порт або порти призначення, якщо вони не зайняті. У разі, якщо порт призначення зайнятий, проміжне зберігання неминуче. Комутація В«на льотуВ» вносить мінімальну затримку - при вільному порте призначення вона складе (8 + 6) х 8 = 112 bt (бітових інтервалів), для швидкості 10 Мбіт/с - 11,2 мкс. Проте перевірка CRC НЕ виробляється, і комутатор поширює всі кадри, в тому числі і короткі, відсічені колізіями (що є недоліком комутації "на льоту").
Залежно від продуктивності комутатор може бути блокуючим і неблокуючим. Неблокірующій комутатор здатний обробляти всі кадри, що приходять на всі його порти з максимальною швидкістю, яку забезпечує середовище передачі. Високі швидкості створюють певні труднощі, особливо при великій кількості портів. У мостах з завданням комутації успішно справлявся один процесор.
Комутаційна матриця - це апаратна схема (електронний комутатор), яка дозволяє організувати ланцюг передачі логічного сигналу між будь-якою парою портів. Процесор кожного порту приймає кадр спочатку в свій буфер. Як тільки процесор порту визначає адресу призначення чергового кадру, він запитує у матриці до з'Гґднання. Якщо вихідний порт вільний, встановлюється логічний зв'язок, і кадр через матрицю надходить на вхід передавача вихідного порту. Якщо вихідний порт зайнятий, кадр зберігається в буферній пам'яті вхідного порту на час, необхідний для звільнення потрібного вихідного порту призначення.
Загальна шина високої продуктивності пов'язує процесори всіх портів. Кадри по ній пересилаються дрібними фрагментами (Осередками) на швидкості, істотно більшою бітової швидкості портів. У результаті кожна передача займає малу частину часу шини, і кілька пар процесорів можуть обмінюватися кадрами псевдопараллельно. Продуктивність шини в ідеалі повинна бути не менше суми пропускної спроможності половини портів. До тих пір, поки ця умова дотримується, збільшення кількості портів не викликає особливих технічних проблем. Швидкість передачі по шині не залежить від швидкості роботи конкретних портів, а узгодження розмірів осередків зі стандартним для мереж технології ATM полегшує можливість побудови гібридних комутаторів Ethernet-Token Ring-FDDI-ATM. Об'єднуюча шина широко використовується в модульних комутаторах на основі шасі.
Розділюваний пам'ять - це єдина буферна пам'ять, доступна процесорам всіх портів комутатора. Усі вхідні кадри поміщаються в цю пам'ять, а процесорам вихідних портів передаються лише покажчики на блоки пам'яті, що містять призначені ним кадри. Процесори вихідних портів після успішної передачі даних відзначають ці блоки як вільні для подальшого використання. Загальна пам'ять дозволяє не...
