Коммутаторы Ethernet

Коммутатор ЛС- это устройство, позволяющее осуществлять сегментирование в ЛС, а также выделить полосу пропускания конечным пользователям а сети. В коммутаторе «на лету» используется общая адресная таблица или коммутационная матрица. При поступлении кадра в один из портов процессор определяет адрес назначения , по которому производится передача без дальнейшего анализа, т.е. «коммутация на лету». В этом коммутаторе системный модуль поддерживает общую адресную таблицу коммутатора. Коммутационная матрица отвечает за пересылку кадров между портами. Каждый порт имеет индивидуальный процессор кадров. При поступлении кадра в один из портов его процессор отправляет в буфер несколько первых байт кадра для того, чтобы прочитать адрес назначения. После определения адреса процессор принимает решение о передаче кадра, не анализируя остальные его байты. Чтобы определить куда передавать используется адресная таблица. Если данный адрес записан в таблице, выбирается соответствующий выходной порт. Выбор порта и формирование соединения осуществляется коммутационной матрицей. Если такого адреса нет, то кадр передается методом широковещания через все порты, за исключением принявшего. Используя технологию коммутируемого Ethernet каждый сервер использует выделенный канал между ним и портом коммутатора. Это позволило организовывать магистрали локальной сети, которая , как правило, связывает коммутаторы ЛС и маршрутизаторы IP. Дальнейшим развитием технологии Ethernet стал Fast Ethernet, имеющий скорость 100 Мбит.

Архитектура сети Ethernet

Несколько слов об. Малые сети имеют топологию типа шины, Более крупные сети, используют коммутаторы (hub) для сегментации сети. Сообщения, передаваемые в одном сегменте, не передаются в другом сегменте, что позволяет за счет сегментирования повысить общую нагрузку в сети. Широковещательный режим передачи имеет внутренние ограничения. Например, максимальным расстоянием, которое 512 битный кадр может пройти по сети за время, равное обработке этого кадра на рабочей станции. Для 10 Ethernet это расстояние равно 2500м. В сети Fast Ethernet при скорости 100 Мбит/c этот же самый 512-битный кадр за время, необходимое на его обработку на рабочей станции, пройдет всего 250м. Если станции будут удалены более, чем на 250 м, то кадр может вступить в конфликт с другим кадром на линии, а передающая станция кадр уже успела передать и опоздала с реакцией на этот конфликт. Концентраторы или повторители необходимо обязательно применять для спецификации 100 BASE-T, построенной на неэкранированной паре, так как в противном случае диаметр такой сети не превышает 250м. коммутаторы в Ethernet

Мост – устройство для связи между локальными сетями. Коммутатор – это узел сети, где установлена специальная рабочая станция и отличается от мота высокой производительностью, так как на каждом его порту устанавливается микропроцессор, производящий полный переприем кадра. Существует несколько видов коммутаторов, но мы будем рассматривать только прозрачные коммутаторы, которые объединяют сети с протоколом Ethernet. Для этих коммутаторов локальная сеть представляется как набор МАС адресов устройств, работающих в сети. Коммутаторы не работают с информацией, относящейся к сетевому уровню. Они ничего не знают о топологии связей сегментов или сетей между собой. Поэтому коммутаторы абсолютно прозрачны для протоколов, начиная с сетевого уровня и выше. коммутаторы позволяют объединить несколько локальных сетей в единую логическую сеть.

Рассмотрим принцип работы коммутаторов. Для этих коммутаторов ЛС представляется как набор МАС адресов устройств. коммутаторы просматривают эти адреса для принятия решения о маршруте. коммутатор подключается к двум ЛС. Прозрачный коммутатор учитывает адрес отправителя и адрес получателя, которые берутся из получаемого кадра. Адрес отправителя необходим коммутатору для автоматического построения базы данных адресов устройств (рабочих станций).Эта база данных называется МАС-таблицей. В ней устанавливается соответствие адреса станции определенному порту коммутатора. На рис4.1 пиведена функциональная схема коммутатора.

Рис.4.1. Функциональная схема коммутатора

Все поступающие на порт кадры запоминаются в буферной памяти коммутатора. После получения кадров коммутатор проверяет их целостность при помощи контрольной суммы. Неправильные кадры отбрасываются. Если адрес отправителя еще не занесен в базу данных, то он заносится и таким образом происходит процесс обучения коммутатора. Это позволяет добавлять новые устройства без реконфигурирования сети.

Кроме адреса отправителя коммутатор анализирует и адрес получателя для принятия решения о дальнейшем пути передачи кадра. коммутатор сравнивает адрес получателя кадра с адресами, хранящимися в базе данных. Если адрес получателя принадлежит тому же сегменту, что и адрес отправителя, то коммутатор «фильтрует» этот кадр. Если адрес получателя присутствует в базе данных и принадлежит другому сегменту, коммутатор определяет какой из его портов связан с этим сегментом. После получения доступа к среде передачи этого сегмента, коммутатор передает в него кадр. На рис. 4.2 показана сеть, состоящая из трех сегментов.

Рис.4.2. Схема с ети с коммутаторами.

Знак % указывает на шестнадцатиричное представление физического МАС адреса. Предположим, что станция А посылает кадр станции Б. Так как станции А и Б принадлежат одному сегменту сети, коммутатор отбрасывает этот кадр (он сам проходит по шине). Если станция А посылает кадр станции В, находящейся в третьем сегменте, коммутатор А продвигает этот кадр во второй сегмент через свой порт 2 (П2). коммутатор Б получит кадр на П1 и продвинет его через П2 в третий сегмент сети, где расположена станция В. При адресации кадра коммутатор руководствовался таблицей, где каждому МАС адресу поставлен в соответствие номер порта коммутатора, по которому должен передаваться кадр. Если запись о каком-либо адресе получателя отсутствует, коммутатор передает кадр на все свои порты, за исключением принявшего. Таблица адресов все время корректируется. Если по истечении определенного промежутка времени станция не посылает кадры, то коммутатор удаляет этот адрес из базы данных. У некоторых коммутаторов время неактивности равно 300 с.

В корпоративных сетях Ethernet, как уже было указано, существует понятие «магистраль сети». Для компьютеров Intel 80286 и 80386 с шиной ISA 8Mбит/c или 32 Мбит/с пропускная способность составляла 1/8 или 1/32 часть канала память-диск, то с появлением процессоров Pentium с шиной 133 Мбайт/c эта скорость стала недостаточной. Поэтому сети Ethernet стали перегруженными. Поэтому был разработан Fast Ethernet, являющийся 100-Мегабитной версией Ethernet. В настоящее время разработана также новая версия Fast Ethernet, с помощью которого производится объединение потоков от коммутаторов Fast Ethernet. Возникает вопрос, могут ли серверы непосредственно присоединяться в Fast Ethernet. Приведем скорости работы современных серверов

Тип шины	Пропускная способность Мбит/c
ISA	64
EISA	264
PCI (33 бита 33 Мгц)	1056
PCI (64 бита 66 Мгц)	4224 больше, чем 1000