Конструктивное исполнение коммутаторов

На конструктивное исполнение коммутаторов большое влияние оказывает их область применения. Настольные коммутаторы и коммутаторы рабочих групп чаще всего выпускаются как устройства с фиксированным количеством портов, корпоративные коммутаторы — как модульные устройства на основе шасси, а коммутаторы отделов могут иметь стековую конструкцию. Такое деление не является жестким, и в качестве корпоративного коммутатора может использоваться, например, стековый коммутатор.

Коммутатор с фиксированным количеством портов — это наиболее простое конструктивное исполнение, когда устройство представляет собой отдельный корпус со всеми необходимыми элементами (портами, органами индикации и управления, блоком питания), и эти элементы заменять нельзя.

Настольные коммутаторы представляют собой наиболее простой тип устройств с фиксированным количеством портов (рис. 13.28).

Рис. 13.28. Настольный коммутатор

Обычно все порты такого коммутатора поддерживают одну среду передачи, общее количество портов изменяется от 4 до 48. Порты такого коммутатора являются чаще всего интерфейсами 10/100 или 10/100/1000 Мбит/с на витой паре, поддерживающими автопереговоры. Как правило, такой коммутатор не поддерживает удаленное управление по протоколу SNMP.

Коммутатор рабочей группы с фиксированным количеством портов (рис. 13.29) имеет, как правило, множество портов для подключения пользовательских компьютеров — как и у настольного коммутатора, эти порты обычно являются интерфейсами 10/100 или 10/100/1000 Мбит/с на витой паре, поддерживающими автопереговоры.

Рис. 13.29. Коммутатор рабочей группы с магистральными портами

В нашем примере коммутатор оснащен 24 портами 10/100 Мбит/с. Кроме того, такой коммутатор имеет несколько магистральных портов для соединения с коммутаторами верхних уровней. В нашем примере коммутатор имеет 4 магистральных порта, но они выполнены в особом конструктивном исполнении как слоты для установки модулей портов стандарта SFP.

Дело в том, что начиная со стандарта Gigabit Ethernet, порты для работы на оптическом волокне начали выпускаться в виде отдельных модулей, устанавливаемых в специальные слоты коммуникационных устройств. Такая конструкция позволяет легко переходить от одного типа оптического волокна к другому, например от многомодового к одномодовому, путем замены модуля порта. Существует два популярных стандарта на конструктивное исполнение модулей портов Gigabit Ethernet и их интерфейс с самим устройством: GBIC и SFP (рис. 13.30).

Рис. 13.30. Модули GBIC (слева) и SFP (справа)

Оба эти стандарта приняты комитетом SFF (Small Form Factor committee — Комитет производителей компактного оборудования), который был образован в 1990 году как консорциум производителей периферийного оборудования для компьютеров, а затем расширил свои функции. Стандарты SFF являются результатом взаимной договоренности между производителями оборудования. Модули GBIC (Gigabit Ethernet Interface Converter — конвертор интерфейса Gigabit Ethernet) появились раньше, они обладают большими размерами, чем модули SFP (Small Factor Pluggable module — устанавливаемый модуль небольшого размера), которые были стандартизованы позднее. Модули SFP называют также моделями мини-GBIC. Несмотря на то что изначально и модули GBIC, и модули SFP были задуманы как сменная часть портов Gigabit Ethernet для оптического волокна, выпускаются модули SFP и для витой пары, так как это делает слоты SFP коммутаторов (и маршрутизаторов) универсальными.

В том случае, если коммутатор рабочей группы поддерживает интерфейсы 10G Ethertnet (их нет у коммутатора на рис. 13.29), они также выполняются как слоты с устанавливаемыми модулями. Существует несколько стандартов таких модулей: XENPAK, XSP и SFP+ (последний вариант самый компактный). Все эти стандарты представляют собой результат взаимной договоренности между производителями оборудования.

Модульный коммутатор выполняется в виде отдельных модулей с фиксированным количеством портов, эти модули устанавливаются на общее шасси (рис. 13.31). Шасси имеет внутреннюю шину для объединения отдельных модулей в единое устройство. Для модульного коммутатора могут существовать различные типы модулей, отличающиеся количеством портов и типом поддерживаемой физической среды. Модульные коммутаторы позволяют более точно подобрать необходимую для конкретного применения конфигура­цию коммутатора, а также гибко и с минимальными затратами реагировать на изменения конфигурации сети.

Рис. 13.31. Модульные коммутаторы на основе шасси

Ввиду ответственной работы, которую выполняют модульные коммутаторы, они снабжаются модулем управления, системой терморегулирования, избыточными источниками питания и возможностью замены модулей «налету».

Недостатком коммутатора на основе шасси является высокая начальная стоимость такого устройства для случая, когда предприятию на первом этапе создания сети нужно устано­вить всего 1-2 модуля. Высокая стоимость шасси вызвана тем, что оно поставляется вместе со всеми общими устройствами, такими как избыточные источники питания и т. п.

Стековый коммутатор, как и коммутатор с фиксированным числом портов, выполнен в виде отдельного корпуса без возможности замены отдельных его модулей. Несколько типичных стековых коммутаторов Ethernet показаны на рис. 13.32.

Рис. 13.32. Стековые коммутаторы Ethernet

Стековые коммутаторы имеют специальные порты и кабели для объединения нескольких корпусов в единый коммутатор с общим блоком управления. Стековые коммутаторы могут поддерживать различные физические среды передачи, что делает их почти такими же гибкими, как модульные концентраторы, но при этом стоимость этих устройств в расчете на один порт получается обычно ниже, так как сначала предприятие может купить одно устройство без избыточного шасси, а потом нарастить стек еще несколькими аналогичными устройствами.

Приведенная классификация конструктивного исполнения справедлива не только для коммутаторов, но и для коммуникационных устройств всех типов — маршрутизаторов, коммутаторов глобальных сетей, мультиплексоров SDH/OTN/DWDM.

Выводы

Для логической структуризации сети применяются мосты и их современные преемники — коммутаторы локальных сетей. Устройства обоих типов работают на основе одного и того же стандарта IEEE 802.1D, но коммутаторы обладают гораздо более высоким быстродействием за счет параллельной обработки потоков данных.

Коммутаторы являются самообучающимися устройствами, так как строят таблицы продвижения автоматически на основе слежения за передаваемыми кадрами.

Недостатком коммутаторов является невозможность работы в сетях с петлевидными связями. Другим недостатком сетей, построенных на коммутаторах, является отсутствие защиты от широко­вещательного шторма.

Применение коммутаторов позволяет сетевым адаптерам использовать дуплексный режим работы. В этом режиме отсутствует этап доступа к разделяемой среде, а общая скорость передачи данных удваивается.

В дуплексном режиме для борьбы с перегрузками коммутаторов используется метод обратной связи, описанный в стандарте 802.Зх. Он позволяет приостановить на некоторое время поступление кадров от непосредственных соседей перегруженного коммутатора.

Основными характеристиками производительности коммутатора являются: скорость фильтрации кадров, скорость продвижения кадров, общая пропускная способность по всем портам в мегабитах в секунду, задержка передачи кадра.

Потребности в высокоскоростной и в то же время недорогой технологии для подключения к сети мощных рабочих станций привели к созданию нескольких скоростных версий Ethernet: Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с, Gigabit Ethernet со скоростью 1 Гбит/с и 10G Ethernet со скоростью 10 Гбит/с.

Существует несколько основных вариантов внутренней архитектуры коммутатора, в основе которых лежит:

□ коммутационная матрица;

□ разделяемая память;

□ общая шина.

Кроме того, применяется комбинирование основных вариантов в одном устройстве. По конструктивному исполнению коммутаторы разделяются на:

□ устройства с фиксированным количеством портов;

□ модульные устройства на основе шасси;

□ стековые коммутаторы.

Вопросы и задания

1. Что из перечисленного можно отнести к недостаткам сетей на разделяемой среде:

а) неопределенная доля пропускной способности, приходящаяся на один узел сети;

б) сложность подключения нового узла к сети;

в) плохая масштабируемость;

г) сложность организации широковещания.

2. Почему мост, работающий в соответствии со стандартом IEEE 802.ID, называют «прозрачным»? Варианты ответов:

а) потому что он передает кадры Ethernet без изменения;

б) потому что конечные узлы «не замечают» его присутствия в сети;

в) потому что мост строит таблицу продвижения автоматически.

3. На основе изучения каких адресов автоматически строится таблица продвижения моста? Варианты ответов:

а) МАС-адресов назначения;

б) МАС-адресов источника.

4. К каким негативным последствиям приводит наличие петель в сети, построенной на коммутаторах, работающих в соответствии с алгоритмом прозрачного моста? Варианты ответов:

а) кадры могут дублироваться;

б) кадры могут зацикливаться;

в) таблица продвижения может постоянно перестраиваться.

5. Для какой цели записи таблицы продвижения имеют ограниченный срок жизни?

6. Может ли скорость продвижения превосходить скорость фильтрации?

7. Чем коммутатор отличается от моста? Варианты ответов:

а) количеством портов;

б) способом построения таблицы продвижения;

в) дополнительными функциями;

г) производительностью.

8. При каком распределении трафика неблокирующий коммутатор с 12-ю портами Fast Ethernet и одним портом Gigabit Ethernet оправдывает свое название? Варианты ответов:

а) входной трафик всех портов Fast Ethernet, которые работают с близкой к 100 % нагрузкой, направлен в порт Gigabit Ethernet;

б) входной трафик порта Gigabit Ethernet, который работает с близкой к 100 % нагрузкой, равномерно распределен между 12-ю портами Fast Ethernet;

в) входной трафик всех портов Fast Ethernet, которые работают с 50-процентной нагрузкой, направлен в порт Gigabit Ethernet.

9. Какие механизмы коммутаторы используют для борьбы с перегрузками в дуплексном режиме работы? Варианты ответов:

а) обратное давление;

б) сообщение PAUSE;

в) динамическое увеличение скорости порта.

10. К каким последствиям может привести недостаточный объем памяти, выделенной под таблицу продвижения коммутатора? Варианты ответов:

а) постоянная перестройка таблицы продвижения;

б) затопление сети кадрами с неизученным адресом назначения;

в) потеря кадров.

11. Совпадают ли форматы кадров 10 Мбит/с Ethernet и Fast Ethernet?

12. Для какой цели в формат кадра Gigabit Ethernet было введено поле расширения? Варианты ответов:

а) для повышения производительности сети;

б) для передачи дополнительных адресов назначения;

в) для увеличения максимального диаметра сегмента разделяемой среды.

13. Может ли в технологии 10G Ethernet использоваться разделяемая среда?

14. Поддерживается ли режим автопереговоров для волоконно-оптических портов?

15. Какой особенности физического интерфейса соответствует цифра 4 в спецификации 10GBase-LX4?

16. Можно ли коммутатор локальной сети с интерфейсом 10GBase-WL непосредственно присоединить к порту STM-64 мультиплексора SDH?