Комутатори Ethernet й Fast Ethernet

Комп'ютерні мережі

Комутуючі концентратори (Switched Hubs) або, як їх ще називають, комутатори (Switches), перемикачі й свичи, можуть розглядатися, як найпростіший і дуже швидкий міст. Вони дозволяють розділити єдину мережу на кілька сегментів для збільшення припустимого розміру мережі або з метою зниження навантаження (трафіка) в окремих частинах мережі.

На відміну від мостів, комутуючі концентратори не приймають прихожі пакети, а тільки переправляють із однієї частини мережі в іншу ті пакети, які цього потребують. Вони в реальному темпі надходження бітів пакета розпізнають адресу приймача пакета й ухвалюють рішення щодо того, чи треба цей пакет переправляти, і, якщо треба, то кому. Ніякої обробки пакетів не виконується, хоча й контролюється їхній заголовок. Комутатори практично не сповільнюють обміну по мережі. Але вони не можуть перетворювати формат пакетів і протоколів обміну по мережі. Оскільки комутатори працюють із інформацією, що перебуває усередині кадру, часто говорять, що вони ретранслюють кадри, а не пакети, як репітерні концентратори.

Колізії комутатором не ретранслюються, що вигідно відрізняє його від більш простого репітерного концентратора. Можна сказати, що комутатори роблять більш глибокий поділ мережі, чим концентратори. Вони розділяють на частині зону колізій (Collision Domain) мережі, тобто область мережі, на яку поширюються колізії.

Логічна структура комутатора досить проста. Вона містить у собі так звану перехресну (комутаційну) матрицю (Crossbar Matrix), у всіх точках перетинання якої можуть установлюватися зв’язки на час передачі пакета. У результаті пакет, що надходить із будь-якого сегмента, може бути переданий у будь-який інший сегмент. У випадку широкомовного пакета, адресованого всім абонентам, він передається в усі сегменти одночасно, крім того сегмента, по якому він прийшов.

Крім перехресної матриці комутатор містить у собі пам’ять, у якій він формує таблицю MAC-адрес всіх комп’ютерів, підключених до кожного з його портів. Ця таблиця створюється на етапі ініціалізації мережі й потім періодично обновляється для обліку змін конфігурації мережі. Саме на підставі аналізу цієї таблиці робиться вивід про те, які зв’язки треба замикати, куди відправляти пакет, що прийшов. Комутатор читає MAC-адреси відправника й одержувача в пакеті, що прийшов, і передає пакет у той сегмент, у який він адресований. Якщо пакет адресований абонентові з того ж сегмента, до якого належить відправник, то він не ретранслюється взагалі. Широкомовний пакет не передається в той сегмент, до якого приєднаний абонент відправник пакета. Адреса відправника пакета заноситься в таблицю адрес (якщо його там ще немає).

Комутатори випускаються на різне число портів. Найчастіше зустрічаються комутатори з 6, 8, 12, 16 й 24 портами. Слід зазначити, що мости, як правило, рідко підтримують більше 4 портів. Розрізняються комутатори із припустимою кількістю адрес на один порт. Цей показник визначає граничну складність сегментів, що підключають до порту, (кількість комп’ютерів у кожному сегменті). Деякі комутатори дозволяють розбивати порти на групи, що працюють незалежно друг від друга, тобто один комутатор може працювати як два або три.

Комутатори випускаються трьох видів залежно від складності, можливості нарощування кількості портів і вартості:

комутатори з фіксованим числом портів (звичайно до 30);
модульні комутатори (із числом портів до 100);
стекові комутатори.

Комутатори характеризуються двома показниками продуктивності:

Максимальна швидкість ретрансляції пакетів виміряється при передачі пакетів з одного порту в іншій, коли всі інші порти відключені.
Сукупна швидкість ретрансляції пакетів виміряється при активній роботі всіх наявних портів. Сукупна швидкість більше максимальної, але максимальна швидкість, як правило, не може бути забезпечена на всіх портах одночасно, хоча комутатори й здатні одночасно обробляти кілька пакетів (на відміну від моста).

Головне правило, якого треба дотримуватися при розбивці мережі на частини (сегменти) за допомогою комутатора, називається “правило 80/20”. Тільки при його виконанні комутатор працює ефективно. Відповідно до цього правила, необхідно, щоб не менш 80 відсотків всіх передач відбувалося в межах однієї частини (одного сегмента) мережі. І тільки 20 відсотків всіх передач повинно відбуватися між різними частинами (сегментами) мережі, проходити через комутатор. На практиці це звичайно зводиться до того, щоб сервер й активно працюючі з ним робочі станції (клієнти) розташовувалися на одному сегменті.

Існує два класи комутаторів, що відрізняються рівнем інтелекту й способами комутації:

комутатори з наскрізним вирізанням (Cut-Through);
комутатори з нагромадженням і ретрансляцією (Store-and-Forward, SAF).