Коммутаторы, маршрутизаторы и производительность

Коммутаторы более интеллектуальные и дорогие устройства, чем обычные концентраторы Ethernet, но они дешевле, чем маршрутизаторы с аналогичными характеристиками. Маршрутизация сложнее коммутации, поскольку маршрутизатору приходится вырезать все пакеты из кадров канального уровня, обрабатывать информацию, заключенную в дейтаграмме IP, и упаковывать ее в новый кадр для передачи. Напротив, простейший коммутатор просто читает из пакета адрес канального уровня и направляет пакет в соответствующий порт (поэтому коммутация намного быстрее маршрутизации).

Обычно удается поднять производительность существующей сети, заменив в ней концентраторы коммутаторами. В сети, изначально построенной с использованием коммутаторов, сетевое оборудование работает на полную мощность. Даже стандартная 10-мегабитная сеть Ethernet демонстрирует замечательную производительность, если ее рабочие станции получают выделенные каналы связи, использующие полосу пропускания сети.

Комбинирование маршрутизаторов и коммутаторов

В отличие от маршрутизаторов, работающих на сетевом уровне, коммутаторы являются устройствами канального уровня, и в этом кроется другая проблема. Соединяя ЛВС при помощи коммутаторов, вы, по сути, создаете одну большую сеть. Хотя коммутация устраняет проблему, связанную с возникновением огромной области коллизий, компьютеры такой сети окажутся в одном домене широковещательной рассылки. Если какой-либо из компьютеров передаст широковещательное сообщение, его получат все остальные компьютеры сети, поэтому в подобной сети значительная часть канала используется неэффективно.

Решить эту проблему позволяет способность коммутаторов создавать виртуальные ЛВС (VLAN). Виртуальная ЛВС — это группа компьютеров коммутируемой сети, функционирующая как отдельная подсеть. Широковещательные сообщения, генерируемые компьютером виртуальной ЛВС, получают только ее компьютеры. Администраторы создают виртуальные ЛВС, указывая коммутатору адреса составляющих их компьютеров.

Совет К значительным преимуществам организации подсетей с использованием виртуальных ЛВС относится возможность объединения компьютеров, произвольно разбросанных по территории предприятия. Виртуальные ЛВС позволяют выделять подсети не только на основе территориальной близости, но и членства в рабочей группе или отделе.

Виртуальные ЛВС — это логические группы объединяющие компьютеры коммутируемой сети. Компьютеры этих групп взаимодействуют через коммутатор, но членство в разных виртуальных сетях позволяет им работать так, как если бы они соединялись через маршрутизаторы. Трудности возникают, когда компьютерам, расположенным в разных виртуальных ЛВС, требуется связаться друг с другом. Здесь не обойтись без элементов настоящей маршрутизации, и разные типы коммутаторов решают эту проблему по- разному. Те коммутаторы, которые являются устройствами строго второго (канального) уровня, часто имеют порт для подключения к маршрутизатору. Такие устройства работают по принципу «коммутация по возможности, маршрутизация по необходимости». То есть пакеты, адресованные хостам в данной ЛВС, коммутируются, а пакеты, адресованные хостам из других виртуальных сетей, передаются маршрутизатору.

Альтернативным решением является коммутация третьего уровня (layer 3 switching), хотя производители специального оборудования называют его по-разному, например многоуровневой или сквозной маршрутизацией (multilayer routing или cut-through routing, соответственно). Коммутатор третьего уровня может выполнять функции и коммутатора, и маршрутизатора, Он анализирует дейтаграммы, но не во всех пакетах, а только в первом из серии пакетов. Определив адрес назначения первого пакета серии, он направляет всю серию пакетов по этому адресу с использованием обычной коммутации второго уровня. Принцип работы этих устройств — «сначала маршрутизация, потом коммутация».

Коммутаторы уровня рабочей группы или отдела — относительно простые устройства. Некоторые производители выпускают целые рады коммутаторов и концентраторов, внешне идентичных и отличающихся лишь внутренним устройством. Коммутаторы третьего уровня намного сложнее и часто имеют модульную конструкцию, как high-end маршрутизаторы. Такие коммутаторы позволяют соединять разнородные горизонтальные сети и поддерживают те же функции, что и маршрутизаторы, но работают быстрее и эффективнее.

Лабораторная работа. Проектирование объединенной сети

Вам предлагаются диаграммы, на которых изображены четыре изолированные ЛВС. Ваша задача — добавить к ним компоненты согласно заданиям упражнений (можно дорисовать их прямо на диаграмме). Добавив все необходимые кабели, концентраторы, маршрутизаторы и коммутаторы, подпишите их.

Упражнение 1. Проектирование сети (один домен широковещательной рассылки и несколько областей коллизий)

Добавьте к сети, показанной на следующей диаграмме, компоненты, необходимые для объединения всех ЛВС в единую сеть. В единой сети должен быть один домен широковещательной рассылки и несколько областей коллизий.

Упражнение 2. Проектирование сети (несколько доменов широковещательной рассылки и областей коллизий)

Добавьте к сети, показанной на следующей диаграмме, компоненты, необходимые для объединения всех ЛВС в единую сеть. В единой сети должно быть пять доменов широковещательной рассылки и пять областей коллизий.

Приведенные ниже вопросы помогут вам лучше усвоить основные темы данного занятия. Если вы не сумеете ответить на вопрос, повторите соответствующий материал.

1. Если в объединенной сети заменить все маршрутизаторы и концентраторы коммутаторами, то в ней останется...

1. Один домен широковещательной рассылки и одна область коллизий.

2. Один домен широковещательной рассылки и несколько областей коллизий.

3. Одна область коллизий и несколько доменов широковещательной рассылки.

4. Несколько областей коллизий и доменов широковещательной рассылки.

2. На каких уровнях эталонной модели OSI работают следующие устройства?

1. Коммутаторы.

2. Маршрутизаторы.

3. Концентраторы.

3. Какой из параметров настройки TCP/IP в Windows Server 2003 определяет адрес маршрутизатора?

1. Предпочитаемый сервер DNS (Preferred DNS server).

2. Маска подсети (Subnet mask).

3. Основной шлюз (Default gateway).

4. IP-адрес (IP address).

4. После замены маршрутизаторов коммутаторами, не поддерживающими виртуальные ЛВС и коммутацию третьего уровня, производительность объединенной сети снизилась. Назовите вероятную причину.

1. Чрезмерное число коллизий.

2. Интенсивный широковещательный трафик.

3. Чрезмерное число рабочих станций в ЛВС.

4. Чрезмерное число областей коллизий.

Резюме

• Как правило, большие сети состоят из нескольких ЛВС, соединенных посредством маршрутизаторов. Маршрутизатор — это устройство, которое работает на сетевом уровне и обеспечивает межсетевое взаимодействие, а также ограничивает домены широковещательной рассылки и области коллизий.

• Маршрутизаторы могут быть программными (пример — служба маршрутизации и удаленного доступа в Windows Server 2003) и аппаратными. Последние варьируются от недорогих маршрутизаторов для доступа в Интернет до дорогостоящих модульных устройств для больших сетей.

• Типичная сеть состоит из нескольких горизонтальных сетей, подключенных к общей магистральной сети.

• Коммутатор — это интеллектуальное устройство канального уровня, которое передает пакеты по заданному адресу. Коммутаторами можно заменить большинство маршрутизаторов в сети, в результате получится более эффективная и экономичная сеть.

В результате замены маршрутизаторов коммутаторами получается сеть с единым доменом широковещательной рассылки. Виртуальные ЛВС — это логические подсети, определенные внутри коммутатора и ограничивающие распространение широковещательного трафика