Додаткові функції комутаторів

До найбільш поширених і важливих додаткових функцій комутаторів належать:

Об'єднання розподілених сегментів, побудованих за стандартами різних
технологій.

Підтримка різноманітних фільтрів користувача.

Можливість пріоритетної обробки кадрів.

Виявлення і блокування петлеподібних зв'язків.

Забезпечення технології віртуальних мереж.

Функція об'єднання розподілених сегментів, побудованих за стандартами різних технологій, реалізується шляхом трансляції протоколів канального рівня однієї технології в іншу (наприклад, Etherne в FDDI, Fast Ethernet в Token Ring, Token Ring в FDDI і т. д.).

Підтримка різноманітних фільтрів користувача реалізується комутаторами, в основному, шляхом аналізу МАС-адрес як адресатора, так і передавача кадрів. При цьому за допомогою операції "і" та "або" комутатори можуть одночасно вико­нувати декілька фільтрувань кадрів (наприклад, обмеження доступу до певних розподілених сегментів, технічних ресурсів, баз даних, певних файлів, повну фільтрацію кадрів даного користувача і т. д.). Комутатори 3-го рівня можуть підтримувати фільтри користувача за допомогою протоколів третього рівня, однак підтримка комутаторами фільтрів користувача знижує їх продуктивність.

Пріоритетна обробка кадрів описана стандартом IEEE 802.1р, який у форматі кадру передбачає поле розміром 3 біти, яке визначає його пріоритет незалежно від мережевої технології.

Петлеподібні зв'язки виявляються комутаторами в автоматичному режимі шляхом періодичної генерації і посилання в мережу спеціальних керуючих кадрів, які виявляють такі зв'язки. На основі зібраної інформації комутатори від'єднують ті порти, які зв'язані з резервними шляхами передавання даних.

Технологія віртуальних каналів дозволяє створювати на базі одного комутатора ізольовані логічні сегменти, між якими блокується передача навіть широкомовних кадрів.

Технологія віртуальних каналів

Стандарт IEEE 802.1q, прийнятий у 1998 році, описує побудову віртуальних мереж (VLAN) на основі одного або декількох комутаторів.

Віртуальною мережею називають групу вузлів, побудованих на одному або декількох комутаторах, трафік яких, зокрема і широкомовний, повністю ізольо­ваний від інших вузлів. Таку групу вузлів ще називають доменом широкомовного трафіка.

Для побудови віртуальної мережі на базі одного комутатора адміністратор за допомогою спеціальної програми групує порти комутатора. Приклад побудови трьох віртуальних мереж на базі одного комутатора наведено на рис. 7.8.

Як видно з наведеної схеми, VLAN1 становлять вузли, під'єднані до портів П^.-Пз, VLAN2-вузли, під'єднані до портів І!» П₇, a VLAN3-вузли, під'єднані до портів Ilg Піо- У цих мережах допускається обмін пакетами між вузлами тільки у межах вказаних груп. Передати навіть широкомовний пакет з однієї мережі в іншу (наприклад, з VLAN1 в VLAN3) неможливо.

Будуючи віртуальні мережі на базі декількох комутаторів, вузли групують в групи за їх МАС-адресами. При цьому в адресні таблиці комутаторів додають графу із зазначенням номера віртуальної мережі, якій належить вузол з цією МАС-адресою. Кадри, які передаються в таких мережах, містять за рахунок поля даних 12-бітну адресу віртуальної мережі. Стандарт IEEE 8O2.q допускає створення й адресацію в одній групі комутаторів до 4096 віртуальних мереж.

Керування потоком даних

Порівняно з мостами великою перевагою комутаторів є паралельна обробка кадрів, які одночасно надходять на їх порти. Якщо трафік мережі збалансований, тобто рівномірно розподілений між її портами, то комутатор обробляє всі кадри без їх затримки в неблокуючому режимі.

Неблокуючим називають такий комутатор, який через вихідні порти передає кадри з такою самою швидкістю, з якою вони надходять на його вхідні порти. У випадку незбалансованості трафіка, що обумовлює нерівномірне завантаження портів комутатора, останній може стати блокуючим. Блокуючим називають комутатор, в якого сумарна швидкість надходження кадрів на вхідні порти перевищує сумарну швидкість передавання кадрів на вихідні порти. Це може спричинити переповнення буферної пам'яті комутатора, що, в свою чергу, призведе до втрати кадрів. Так, при під'єднати до одного з портів комутатора сервера, а до інших - клієнтів приводить до перевантаження порту із сервером, обумовлює блокуючий режим роботи комутатора з усіма можливими наслідками.

Рис. 7.8. Приклад побудови віртуальних мереж на базі одного комутатора

Прийнятий у 1997 році стандарт IEEE 802.3x описує керування потоком даних при використанні повнодуплексних протоколів технології Erhernet шляхом використання команд "Призупинити передачу" і "Відновити передачу". Отри­мавши команду "Призупинити передачу", робоча станція або комутатор зупиняють подачу даних до отримання команди "Відновити передачу", зменшуючи тим самим сумарну швидкість надходження кадрів на вхідні порти комутатора.

У напівдуплексному режимі роботи комутатори використовують два способи вирівнювання трафіка:

Зменшують інтенсивність вхідного трафіка шляхом створення штучної
колізії в сегменті, який інтенсивно посилає кадри на вхідний порт комутатора. З
цією метою комутатор посилає у цей сегмент jam-послідовність. Цей спосіб
називають способом зворотного тиску.

Агресивно захоплюють розподілений сегмент, до якого під'єднаний
вихідний порт комутатора. Агресивне захоплення вихідного порту може здійсню­
ватися двома шляхами:

а) зменшенням технологічної паузи між кадрами до 9,1 мкс замість 9,6 мкс за
стандартом;

б) зменшенням паузи після колізії до 50 мкс замість 51,2 мкс за стандартом.
Різні моделі комутаторів використовують різні алгоритми вирівнювання

трафіка, що ґрунтуються на описаних вище способах.

Недоліки комутаторів

Недоліками комутаторів порівняно з комунікаційними пристроями вищого рівня — маршрутизаторами — є чутливість до "широкомовного шторму" та пет-леподібних зв'язків.

Передача комутатором на всі порти кадрів з широкомовною адресою називається затопленням мережі. Затоплення знижує продуктивність мережі і може повністю паралізувати її роботу. Найчастіше це явище зустрічається тоді, коли адаптер однієї з робочих станцій мережі у разі певних збоїв в роботі свого програмного або апаратного забезпечення починає генерувати широкомовні кадри протягом довгого часу. За відсутності у комутаторі спеціальних додаткових функцій, які дозволяють ефективно боротися з цим явищем, адміністратор мережі вимушений вручну встановлювати обмеження користувачам на частоту посилання в мережу широкомовних кадрів. Це досить трудомістка процедура, яка не завжди дає бажані результати.

Петлеподібні зв'язки виникають у випадку, коли два розподілені сегменти з'єднуються між собою більше ніж одним комутатором.

Роботу Ethernet-мережі при петлеподібних зв'язках розглянемо на прикладі структури, наведеної на рис. 7.9.

Під час передавання в мережу першого кадру даних одним з комп'ютерів, під'єднаних до концентратора 1, останній повторює цей кадр на всіх своїх портах. Тому переданий кадр паралельно надійде на вхідні порти як першого, так і другого комутаторів. Кожний комутатор буферизує цей кадр, позначає в своїй адресній

таблиці, і отримавши доступ до середовища, послідовно передає через концент­ратор 2 на вхідний порт іншого комутатора тощо. Отже, вже дві копії одного кадру почнуть свою нескінченну циркуляцію петлеподібним контуром у протилежних напрямах, засмічуючи мережу порожнім трафіком. Крім цього, комутатори у разі появи цього кадру то на одному, то на іншому порті будуть постійно змінювати записи в своїх адресних таблицях.

Рис. 7.9. Циркулювання копій кадру даних за умови петлеподібних зв'язків

Тому у випадку створення резервних зв'язків для підвищення надійності роботи в мережах складної структури необхідно блокувати роботу тих портів комутатора, які паралельно передають дані.

Таке блокування здійснюється адміністратором мережі в ручному режимі або автоматично за допомогою спеціальних протоколів. Найпоширенішим протоколом, який забезпечує виявлення і автоматичне блокування резервних зв'язків, є алгоритм подвійного дерева STA (Spanning Tree Algorithm).