-
Техническая реализация коммутаторов
-
На основе процессора общего назначения (рис. 2.19):
Рис. 2.19.
Каждый порт обслуживается одним процессором пакетов Ethernet - EPP (Ethernet Packet Processor). Кроме того, коммутатор имеет системный модуль, который координирует работу всех процессоров EPP. Системный модуль ведет общую адресную таблицу коммутатора и обеспечивает управление коммутатором по протоколу SNMP. Для передачи кадров между портами используется коммутационная матрица, подобная тем, которые работают в телефонных коммутаторах или мультипроцессорных компьютерах, соединяя несколько процессоров с несколькими модулями памяти. Основной недостаток данной реализации состоит в низкой скорости, т.к. процессор не может справиться с интенсивным трафиком.
-
На основе коммутационной матрицы (рис.2.20)
Рис. 2.20.
Коммутационная матрица – самый быстрый вид коммутатора. Основными ее недостатком является высокая стоимость и отсутствие буферизации.
-
На основе высокоскоростной шины (рис. 2.21)
Рис. 2.21.
Кадр разделяется на некоторое количество пакетов, которые передаются по общей шине в псевдопараллельном режиме.
-
На основе разделяемой памяти (рис. 2.22)
Рис. 2.22.
Недостатком данного вида реализации является ее высокая стоимость.
-
Комбинированный коммутатор (рис. 2.23)
Рис. 2.23.
-
Аспекты полнодуплексной работы коммутатора
Технология коммутации оставляет метод доступа к среде в неизменном виде. Это позволяет подключать к портам не только отдельные компьютеры, но и сегменты локальных сетей.
Узлы сегмента разделяют общую среду передачи данных, используя либо пассивный коаксиальный кабель, либо концентраторы, как показано в примере, приведенном на рисунке. Если это коммутатор Ethernet, то каждый его порт участвует в процессе обнаружения и отработки коллизий, и без этой функции коммутатор нельзя было бы подключать к сегменту, так как он бы полностью нарушил нормальную работу остальных узлов сегмента. Если это коммутатор колец FDDI, то его порты должны участвовать в процессе захвата и освобождения токена доступа к кольцу в соответствии с алгоритмами МАС-уровня стандарта FDDI.
Однако, когда к каждому порту коммутатора подключен только один компьютер, ситуация становится не такой однозначной.
Коллизия возникает, когда передатчики порта коммутатора и сетевого адаптера одновременно или почти одновременно начинают передачу своих кадров, считая, что сегмент свободен. В результате строгого соблюдения правил разделения среды по протоколу Ethernet порт коммутатора и сетевой адаптер используют соединяющий их кабель в полудуплексном режиме, то есть по очереди - сначала кадр или кадры передаются в одном направлении, а затем в другом. При этом максимальная производительность сегмента Ethernet в 14880 кадров в секунду при минимальной длине кадра делится между передатчиком порта коммутатора и передатчиком сетевого адаптера. Если считать, что она делится пополам, то каждому предоставляется возможность передавать примерно по 7440 кадров в секунду.
Существует потенциальная угроза потери кадров при превышении интенсивности входного потока над производительностью коммутатора. Т.е. если входной трафик неравномерно распределен между выходными портами, то внутренние буферы будут переполняться и это приведет к потере кадров.
Для снижения активности поступления кадров на входные порты был использован механизм, который позволяет предотвратить передачу кадров в полнодуплексном или полудуплексном режиме за счет изменения временных характеристик метода доступа. Т.е. использован алгоритм передаваемых и принимаемых кадров, который основан на том, что рабочие станции строго соблюдают все параметры доступа к среде, а порты коммутатора не соблюдают. Первый прием – это агрессивное поведение порта коммутатора, которое заключается в захвате среды после окончания передачи пакета или коллизии (рис. 2.24 – 2.25).
Рис. 2.24.
Коммутатор выдерживает не 9,6 мкс, а 9,1 мкс и начинает передавать кадр данных, а рабочая станция определяет занятость канала и откладывает свою передачу.
Рис. 2.25.
Второй прием заключается в передаче фиктивных кадров коммутатору и соревновании между рабочей станцией и коммутатором (метод обратного давления).