Задержка в коммутаторах сетей Ethernet

Каждый коммутатор, используемый в LAN Ethernet, увеличивает задержку в сети. Однако эта задержка зависит от типа коммутатора и используемого метода коммутации. Как будет показано далее, различные режимы коммутации (с промежуточным хранением, без фрагментации или быстрая коммутация) отличаются друг от друга тем, когда они принимают решение о пересылке входящего фрейма. Латентность, связанная с “принятием мостом решения”, добавляется к времени, которое требуется фрейму для входа на порт коммутатора и выхода с него и вместе с ними определяет общую задержку коммутатора. Следует отметить, что концентратор, который выполняет только пересылку фреймов (не выполняя фильтрации и не принимая никаких решений) имеет лишь задержку, связанную с передачей фрейма с одного порта на другой. Может показаться, что эти крошечные доли секунды не имеют особого значения, однако следует помнить, что пересылка данных происходит со скоростями порядка 10 Мбит/с, т.е. на один бит приходится одна десятимиллионная доля секунды, 100 Мбит/с — на один бит одна стомиллионная доля секунды или 1000 Мбит/с — одна миллиардная доля секунды. Сетевые устройства работают с невероятно высокими скоростями, поэтому учитывается даже каждая наносекунда.

Коммутация на 2-м и 3-м уровнях

В сетях используются два метода коммутации фреймов данных: коммутация на 2-м уровне, показанная на рис. 5.22, и коммутация на 3-м уровне, показанная на рис. 5.23. Под коммутацией понимается процесс приема входящего фрейма на одном интерфейсе и отправка его через другой интерфейс. Для маршрутизации пакетов маршрутизаторы используют коммутацию 3-го уровня, в то время как коммутаторы (имеются в виду коммутаторы 2-го уровня) используют для пересылки фреймов коммутацию

Различие между коммутацией на 2-м уровне и на 3-м уровне определяется тем, какая находящаяся во фрейме информация используется для определения требуемого выходного интерфейса. При использовании коммутации 2-го уровня пересылка фреймов осуществляется на основе информации МАС-адреса. При использовании коммутации 3-го уровня пересылка фреймов осуществляется на основе информации сетевого адреса. При выполнении коммутации на 2-м уровне устройство не интересуется информацией сетевого уровня, которая используется для коммутации на 3-м уровне. При коммутации на 2-м уровне коммутатор просматривает во фрейме МАС-адрес пункта назначения. Если ему известно расположение адреса получателя, то коммутатор отправляет информацию на соответствующий интерфейс. При использовании коммутации 2-го уровня коммутатор строит и поддерживает таблицу коммутации, в которой фиксируется, какие МАС-адреса принадлежат определенным портам или интерфейсам.

Если коммутатор 2-го уровня не знает куда отправить фрейм, то он рассылает его широковещательно со всех своих портов для получения информации о пункте назначения. При получении ответного фрейма от получателя коммутатор узнает расположение нового адреса и добавляет эту информацию в свою таблицу коммутации. Адреса 2-го уровня определяются производителем телекоммуникационных устройств. Они являются уникальными и состоят из двух частей: кода производителя (manufacturing— MFG) и уникального идентификатора устройства. Код MFG назначается производителю Институтом инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers — IEEE). Уникальный идентификатор назначается устройству его производителем. За исключением сетей системной сетевой архитектуры (Systems Network Architecture — SNA) пользователи практически не могут контролировать адресацию на 2-м уровне, поскольку адреса 2-го уровня являются для конкретных устройств фиксированными, в то время как адреса 3-го уровня могут быть изменены пользователем. Кроме того, адреса 2-го уровня образуют плоское (без иерархии) адресное пространство, в котором все адреса уникальны. Коммутация 3-го уровня выполняется на сетевом уровне. При ее использовании маршрутизатор анализирует содержащуюся в пакете информацию и пересылает пакеты получателям на основе их адресов сетевого уровня. При использовании коммутации 3-го уровня также поддерживается маршрутизация, т.е. выбор наилучшего пути к пункту назначения. Адреса 3-го уровня в большинстве случаев задаются сетевым администратором. Адресация на 3-м уровне используется, в частности, такими протоколами, как Internet Protocol (IP), Internetwork Packet Exchange (IPX) и Apple-Talk. При задании адресов 3-го уровня создаются локальные области, которые адресуются как единое целое (аналогично названию страны, штата, города или улицы) и в рамках которых локальным устройствам присваиваются индивидуальные номера. При переезде пользователя в другое здание его конечные станции могут получить новые адреса 3-го уровня, однако адреса 2-го уровня останутся неизменными. Поскольку маршрутизаторы функционируют на 3-м уровне эталонной модели OSI, они могут принадлежать к иерархической структуре адресации и сами создавать ее. Вследствие этого маршрутизируемая сеть может для каждого сегмента связать структуру логической адресации с физической инфраструктурой, такой как подсеть протоколов TCP/IP или сеть протокола IPX. Характер перемещения потоков данных в плоских (коммутируемых) сетях и в маршрутизируемых (иерархических) сетях принципиально различен. Иерархические сети предоставляют возможность более гибкого управления потоками данных, поскольку сетевая иерархия позволяет определять оптимальные маршруты и ограничивать величину широковещательных доменов.