Коммутаторы – это многопортовые мосты.
Каждый порт коммутатора – это мост без второго порта. Он имеет свой приемопередатчик, УУ и буферную память. Кроме портов у коммутатора есть системный модуль, который содержит общую адресную таблицу коммутатора и может управляться по протоколу SNMP. Также имеется коммутационная матрица, обеспечивающая соединение между портами.
Если на вход порта коммутатора приходит кадр, он принимает его заголовок и просматривает адрес назначения кадра. После этого он просматривает свою адресную таблицу и, если станция назначения подключена к этому же порту, то порт прекращает прием кадра. Это фильтрация кадров. Если станция назначения подключена к другому порту, то входной порт устанавливает соединение с наружным выходным портом с помощью коммутационной матрицы.
Если выходной порт занят другим соединением, то входной порт не может подключиться к выходному и ждет освобождения выходного порта. В это время байты приходящего кадра записываются в буферную память входного порта. При освобождении выходного порта входной порт соединяется с выходным и начинает передавать принятый кадр. Выходной порт должен получить доступ к своему сегменту (проверить, свободен ли сегмент от передачи кадров). Если сегмент занят, порт записывает принимаемый кадр в свою буферную память. После получения отступа к сегменту он начинает передачу кадра в свой сегмент.
Коммутатор позволяет замкнуть нагрузку внутри сегментов. Коммутатор может обеспечить параллельную передачу кадров между несколькими портами, если соединения не пересекаются. В частности, коммутаторы Catalyst отлично справляются с этой задачей. В этом случае производительность сети возрастает в н/2 раз, где н – количество портов коммутатора. При полнодуплексной работе, когда к порту подключается 1 компьютер, возможна одновременная передача и прием кадров. В этом случае производительность сети возрастает в н раз.
Если порт не находит станции назначения, то он обращается к общей адресной таблице коммутатора, находящейся в системном модуле. Если данный адрес находится в общей адресной таблице, то он передается порту и записывается в адресной таблице этого порта. Если адреса станции назначения нет в адресной таблице, то этот кадр передают на все порты.
Адресные таблицы могут создаваться автоматически. В этом случае порты коммутатора не знают, какие станции подключены к сети, к каким портам, поэтому при поступлении кадра на вход порта он записывает адрес станции отправления и отмечает, что станция подключена к этому порту. Данный адрес также записывается в общую адресную таблицу системного модуля. По мере активизации станций заполняются адресные таблицы портов.
При перемещении станции из одного сегмента в другой и ее активизации в новом сегменте соответствующий порт внесет новую запись в адресную таблицу (как свою, так и системного модуля).
Полнодуплексная работа коммутатора.
Коммутаторы при работе по витой паре соединены со станциями при помощи двух тактов. В этому случае возникает возможность одновременной передачи и приема кадров, если к порту коммутатора подключена одна станция (компьютер) В этом случае не возникает коллизии. Ограничений по это причине на длину сети нет.
В этом режиме у станции нет необходимости получать доступ к сети. Она в любой момент может начать передачу кадров. Может возникнуть перегрузка отдельных входных портов, к которым часто обращаются другие порты. Это приводит к перегрузке буфера выходного порта, что приводит к потере кадров. Для избежания перегрузки может использоваться управление потоком данных, то есть могут передаваться команды приостановить и возобновить передачу данных. В качестве которых используются служебные символы 4В5В.
Управление потоком кадров при полнодуплексной работе.
Если при полнодупексной работе сегмент сети создает чрезмерную нагрузку на свой порт коммутатора, то коммутатор с целью приостановления поступления кадров может передавать jamпоследовательность для создания коллизии, тем самым снижая интенсивность поступления кадров. Такой метод называется методом противодавления (обр. давления) .
Адресные таблицы коммутатора могут создаваться администратором сети с помощью протокола SNMP. Cisco Catalyst, как и большинство других моделей, имеет все эти преимущества.
Виртуальные сети.
Коммутаторы позволяют в одной общей сети организовать отдельные самостоятельные сети., не связанные между собой (используя возможности фильтрации кадров). Такие сети называются виртуальными (VLAN).
Виртуальной сетью называется группа станций, передача кадров между которыми полностью изолирована от других конечных станций сети. В тоже время внутри виртуальной сети кадры передаются как обычные на основе адреса сетевого адаптера.
Сами виртуальные сети м.б. созданы с помощью маршрутизатора.
При создании виртуальной сети в адресной таблице коммутаторов указывается, что станция с данным адресом относиться к определенной виртуальной сети. И коммутатор получив кадр сравнивает адреса станций назначения и отправления (относятся ли они к одной виртуальной сети). Если они относятся к одной сети, то кадр передается. Если нет – не передается.
Дополнительные возможности коммутатора по фильтрации трафика.
Администратор сети может составлять адресные таблицы коммутатора, может указать адреса станций, чьи кадры не должны передаваться в другие сегменты.
Приоритетная обработка кадров:
Использование коммутатора позволяет организовать приоритетную обработку кадров. В этом случае коммутатор может организовать для каждого входного и выходного порта несколько очередей в своей буферной памяти. При этом каждой очереди может быть присвоен свой приоритет. В этом случае кадры с меньшим приоритетом будут передаваться через несколько кадров с большим приоритетом. Это существенно при передаче кадров, существенных к задержке: голоса и другой мультимедийной информации. Для этого заголовок кадра увеличивается на 2 байта, в которых три бита указывают приоритет (с 0 по 7)
При этом, если сетевой адаптер станции назначения не поддерживает стандарт с увеличенным заголовком кадра на 2 байта, то выходной порт может убрать эти 2 байта.
При использовании увеличения заголовка на 2 байта, кроме трех бит приоритета может указываться № виртуальной сети размеров в 12 бит, к которой относится данный кадр.
Каждый порт коммутатора – это мост без второго порта. Он имеет свой приемопередатчик, УУ и буферную память. Кроме портов у коммутатора есть системный модуль, который содержит общую адресную таблицу коммутатора и может управляться по протоколу SNMP. Также имеется коммутационная матрица, обеспечивающая соединение между портами.
Если на вход порта коммутатора приходит кадр, он принимает его заголовок и просматривает адрес назначения кадра. После этого он просматривает свою адресную таблицу и, если станция назначения подключена к этому же порту, то порт прекращает прием кадра. Это фильтрация кадров. Если станция назначения подключена к другому порту, то входной порт устанавливает соединение с наружным выходным портом с помощью коммутационной матрицы.
Если выходной порт занят другим соединением, то входной порт не может подключиться к выходному и ждет освобождения выходного порта. В это время байты приходящего кадра записываются в буферную память входного порта. При освобождении выходного порта входной порт соединяется с выходным и начинает передавать принятый кадр. Выходной порт должен получить доступ к своему сегменту (проверить, свободен ли сегмент от передачи кадров). Если сегмент занят, порт записывает принимаемый кадр в свою буферную память. После получения отступа к сегменту он начинает передачу кадра в свой сегмент.
Коммутатор позволяет замкнуть нагрузку внутри сегментов. Коммутатор может обеспечить параллельную передачу кадров между несколькими портами, если соединения не пересекаются. В частности, коммутаторы Catalyst отлично справляются с этой задачей. В этом случае производительность сети возрастает в н/2 раз, где н – количество портов коммутатора. При полнодуплексной работе, когда к порту подключается 1 компьютер, возможна одновременная передача и прием кадров. В этом случае производительность сети возрастает в н раз.
Если порт не находит станции назначения, то он обращается к общей адресной таблице коммутатора, находящейся в системном модуле. Если данный адрес находится в общей адресной таблице, то он передается порту и записывается в адресной таблице этого порта. Если адреса станции назначения нет в адресной таблице, то этот кадр передают на все порты.
Адресные таблицы могут создаваться автоматически. В этом случае порты коммутатора не знают, какие станции подключены к сети, к каким портам, поэтому при поступлении кадра на вход порта он записывает адрес станции отправления и отмечает, что станция подключена к этому порту. Данный адрес также записывается в общую адресную таблицу системного модуля. По мере активизации станций заполняются адресные таблицы портов.
При перемещении станции из одного сегмента в другой и ее активизации в новом сегменте соответствующий порт внесет новую запись в адресную таблицу (как свою, так и системного модуля).
Полнодуплексная работа коммутатора.
Коммутаторы при работе по витой паре соединены со станциями при помощи двух тактов. В этому случае возникает возможность одновременной передачи и приема кадров, если к порту коммутатора подключена одна станция (компьютер) В этом случае не возникает коллизии. Ограничений по это причине на длину сети нет.
В этом режиме у станции нет необходимости получать доступ к сети. Она в любой момент может начать передачу кадров. Может возникнуть перегрузка отдельных входных портов, к которым часто обращаются другие порты. Это приводит к перегрузке буфера выходного порта, что приводит к потере кадров. Для избежания перегрузки может использоваться управление потоком данных, то есть могут передаваться команды приостановить и возобновить передачу данных. В качестве которых используются служебные символы 4В5В.
Управление потоком кадров при полнодуплексной работе.
Если при полнодупексной работе сегмент сети создает чрезмерную нагрузку на свой порт коммутатора, то коммутатор с целью приостановления поступления кадров может передавать jamпоследовательность для создания коллизии, тем самым снижая интенсивность поступления кадров. Такой метод называется методом противодавления (обр. давления) .
Адресные таблицы коммутатора могут создаваться администратором сети с помощью протокола SNMP. Cisco Catalyst, как и большинство других моделей, имеет все эти преимущества.
Виртуальные сети.
Коммутаторы позволяют в одной общей сети организовать отдельные самостоятельные сети., не связанные между собой (используя возможности фильтрации кадров). Такие сети называются виртуальными (VLAN).
Виртуальной сетью называется группа станций, передача кадров между которыми полностью изолирована от других конечных станций сети. В тоже время внутри виртуальной сети кадры передаются как обычные на основе адреса сетевого адаптера.
Сами виртуальные сети м.б. созданы с помощью маршрутизатора.
При создании виртуальной сети в адресной таблице коммутаторов указывается, что станция с данным адресом относиться к определенной виртуальной сети. И коммутатор получив кадр сравнивает адреса станций назначения и отправления (относятся ли они к одной виртуальной сети). Если они относятся к одной сети, то кадр передается. Если нет – не передается.
Дополнительные возможности коммутатора по фильтрации трафика.
Администратор сети может составлять адресные таблицы коммутатора, может указать адреса станций, чьи кадры не должны передаваться в другие сегменты.
Приоритетная обработка кадров:
Использование коммутатора позволяет организовать приоритетную обработку кадров. В этом случае коммутатор может организовать для каждого входного и выходного порта несколько очередей в своей буферной памяти. При этом каждой очереди может быть присвоен свой приоритет. В этом случае кадры с меньшим приоритетом будут передаваться через несколько кадров с большим приоритетом. Это существенно при передаче кадров, существенных к задержке: голоса и другой мультимедийной информации. Для этого заголовок кадра увеличивается на 2 байта, в которых три бита указывают приоритет (с 0 по 7)
При этом, если сетевой адаптер станции назначения не поддерживает стандарт с увеличенным заголовком кадра на 2 байта, то выходной порт может убрать эти 2 байта.
При использовании увеличения заголовка на 2 байта, кроме трех бит приоритета может указываться № виртуальной сети размеров в 12 бит, к которой относится данный кадр.
