Принцип работы коммутаторов. Типы коммутаторов. Функции коммутаторов

Устройство канального уровня соединяет несколько компьютеров в одну сеть. В отличие от концентратора, коммутатор передает данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность. Принцип работы коммутатора – коммутатор хранит в памяти, в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. 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 кадры и, определив MAC-адреc хоста-отправителя, заносит его в таблицу. 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 MAC-адрес хоста-получателя еще не известен, то кадр будет продублирован на все интерфейсы. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется.

Режимы коммутации Существует три способа коммутации. Каждый из них – это комбинация таких параметров, как время ожидания и надежность передачи. С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор копирует всю информацию в буфер, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого передает кадр приемнику.

Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нем нет метода обнаружения ошибок.

Бесфрагментный (fragment-free). Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий.

Возможности и разновидности коммутаторов

Asotel Vector 1908G2D – управляемый коммутатор второго уровня c чипсетом Broadcom — является отличным решением для сетей доступа Fast Ethernet. Кроме 8 портов 10/100 Мбит/с он имеет два гигабитных порта для поддержки высокоскоростных или магистральных соединений локальных сетей. Один из гигабитных портов может использоваться выборочно для подключения витой пары или оптоволокна (благодаря наличию разъема для модулей SFP). В зависимости от гигабитного модуля расстояние соединения по оптоволокну может достигать 40 км.

Возможно удаленное управление коммутатором через SNMP, HTTP и Telnet, а также консольное управление. Реализована поддержка таких функций управления уровня 2: VLAN (port-based/802.1Q), контроль скорости, конфигурация портов, зеркалирование портов, статистика по портам, безопасность 802.1x, QoS функции, IGMP snooping.

На сегодняшний день наиболее часто используются три типа функциональной структуры коммутаторов:

с коммутационной матрицей; Данная реализация возможна только для конкретного числа портов. При передаче кадра из порта в порт комм-р анализир-т куда идет сообщение по началу адреса и проц-ор обращ-ся к коммут-ой матрице, пытаясь установить путь. Если порт занят то кадр буферизируется проц-ом и ожидает освобождения порта.

Достоинства: высокая скорость коммутации

с общей шиной; Активную роль играют проц-ры портов, а шина явл-ся узким местом комм-ра, т. к. чтобы шина не блокировала работу комм-ра ее производ-ть должна равн-ся сумме произв-ти всех портов комм-ра.

Недостаток: отсутст-т промежуточная буферизация, но т. к. данные кадра здесь разбив-ся на небольшие ячейки, то задержек с начальным ожиданием доступности вых-го порта в такой схеме нет, т. к. здесь работает принцип коммутации пакетов, а не кадров

с разделяемой многовходовой памятью. Перекл-ми входа и выхода управляет блок упр-я портами – он организует в разделяемой памяти неск-о очередей данных 1 из кажд. вых. порта. Вых блоки передают в блок упр-я запросы на запись данных в очередь. Блок упр-я по очереди подкл-т вход. память к одному из вых блоков проц-ра и тот перечитыв-т данные в очередь опред-го вых-го порта.

7) Стек протокола TCP/IP. Инкапсуляция протоколов TCP/IP.

Рис. 2.1. Стек TCP/IP

Уровень IV - соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. Этот уровень в протоколах TCP/IP не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, для глобальных сетей - протоколы соединений "точка-точка" SLIP и PPP, протоколы территориальных сетей с коммутацией пакетов X.25, frame relay.

Уровень III - это уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей пакетов с использованием различных транспортных технологий локальных сетей, территориальных сетей, линий специальной связи и т. п.

Уровень II - называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами за счет образования виртуальных соединений. Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным способом, как и IP, и выполняет только функции связующего звена между сетевым протоколом и многочисленными прикладными процессами.

Уровень I - называется прикладным. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня. К ним относятся такие широко используемые протоколы, как протокол копирования файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной информации, такие как WWW и многие другие.

Пакеты протоколов более высокого уровня прозрачно передаются в качестве данных в пакетах протокола более низкого уровня. Именно поэтому используется понятие "стек TCP/IP".

Например, пусть у нас есть HTTP-клиент (веб-броузер) и HTTP-сервер, протокол HTTP относится к прикладному уровню. Допустим, сервер приготовил HTTP-специфический массив данных --- веб-страницу, и собирается его передать, воспользовавшись услугами транспортного уровня. Для передачи по протоколу TCP этот файл должен быть разбит на фрагменты определенного размера. Каждый такой фрагмент инкапсулируется в TCP-пакет и снабжается дополнительной служебной информацией, характерной для протокола TCP. На этом дело не останавливается. Для передачи каждого TCP-пакета средствами IP он должен быть, в свою очередь разбит на фрагменты определенного размера, характерного для протокола IP. Каждый из этих фрагментов инкапсулируется в IP-пакет и снабжается своей служебной информацией, на этот раз характерной для протокола IP.

После передачи фреймов по физическому каналу происходит обратное преобразование: протокол физического уровня Ethernet составляет из нескольких своих фреймов некоторый набор данных, который передает на уровень выше.

Инкапсуляция протколов приводит к накладным расходам: фактически по сети передаётся существенно больше данных, чем было запланировано на прикладном уровне.