Обозначения, используемые в курсе

Основы коммутации

Введение

По мере развития сетевых технологий современные коммутаторы становятся все более сложными устройствами. Для успешного построения и обслуживания сетей ключевым моментом является понимание фундаментальных основ наиболее распространенных сетевых технологий, таких как коммутация 2-го уровня, коммутация 3-го уровня, IEEE 802.1Q, IEEE 802.1p, RSTP, MSTP, IGMP и многих других, а также знание того, как данные технологии можно применить на практике наиболее эффективно.

Книга "Построение коммутируемых компьютерных сетей" появилась благодаря многолетнему сотрудничеству компании D-Link и ведущего технического университета страны — МГТУ им. Н. Э. Баумана. Книга направлена на глубокое изложение теории и формирование практических знаний. В ее основу легли учебные материалы компании D-Link, а также практические занятия, проводимые в учебном центре D-Link — МГТУ им. Н. Э. Баумана – D-Link и кафедры "Компьютерные системы и сети".

Книга содержит полное описание фундаментальных технологий коммутации локальных сетей, примеры их использования, а также настройки на коммутаторах D-Link. Она будет полезна студентам, обучающимся по направлению "Информатика и вычислительная техника", аспирантам, сетевым администраторам, специалистам предприятий, внедряющим новые информационные технологии, а также всем, кто интересуется современными сетевыми технологиями и принципами построения коммутируемых сетей.

Курс содержит полное описание фундаментальных технологий коммутации локальных сетей, примеры их использования, а также настройки на коммутаторах D-Link. Он будет полезен студентам, обучающимся по направлению "Информатика и вычислительная техника", аспирантам, сетевым администраторам, специалистам предприятий, внедряющим новые информационные технологии, а также всем, кто интересуется современными сетевыми технологиями и принципами построения коммутируемых сетей.

Авторы хотят поблагодарить всех людей, вовлеченных в процесс консультирования, редактирования и подготовки рисунков для курса. Авторы выражают благодарность руководителям Представительства компании "Д-Линк Интернешнл ПТЕ Лтд" и МГТУ им. Н. Э. Баумана, специалистам компании D-Link Павлу Козику, Руслану Бигарову, Александру Зайцеву, Евгению Рыжову и Денису Евграфову, Александру Щадневу за технические консультации; Ольге Кузьминой за редактирование книги; Алесе Дунаевой за помощь в подготовке иллюстраций. Большую помощь в подготовке рукописи и тестировании практических занятий оказали преподаватели МГТУ им. Н. Э. Баумана Михаил Калинов, Дмитрий Чирков.

Обозначения, используемые в курсе

В тексте курса используются следующие пиктограммы для обозначения сетевых устройств различных типов:

 

Синтаксис команд

Следующие символы используются для описания ввода команд, ожидаемых значений и аргументов при настройке коммутатора через интерфейс командной строки (CLI).

Символ	Назначение
< угловые скобки >	Содержат ожидаемую переменную или значение, которое должно быть указано
[ квадратные скобки]	Содержат требуемое значение или набор требуемых аргументов. Может быть указано одно значение или аргумент
| вертикальная черта	Отделяет два или более взаимно исключающих пунктов из списка, один из которых должен быть введен/указан
{ фигурные скобки}	Содержит необязательное значение или набор необязательных аргументов

Эволюция локальных сетей

Эволюция локальных сетей неразрывно связана с историей развития технологии Ethernet, которая по сей день остается самой распространенной технологией локальных сетей.

Первоначально технология локальных сетей рассматривалась как времясберегающая и экономичная технология, обеспечивающая совместное использование данных, дискового пространства и дорогостоящих периферийных устройств. Снижение стоимости персональных компьютеров и периферии привело к их широкому распространению в бизнесе, и количество сетевых пользователей резко возросло. Одновременно изменились архитектура приложений ("клиент-сервер") и их требования к вычислительным ресурсам, а также архитектура вычислений (распределенные вычисления). Стал популярным downsizing (разукрупнение) — перенос информационных систем и приложений с мэйнфреймов на сетевые платформы. Все это привело к смещению акцентов в использовании сетей: они стали обязательным инструментом в бизнесе, обеспечив наиболее эффективную обработку информации.

В первых сетях Ethernet (10Base-2 и 10Base-5) использовалась шинная топология, когда каждый компьютер соединялся с другими устройствами с помощью единого коаксиального кабеля, используемого в качестве среды передачи данных. Сетевая среда была разделяемой и устройства, прежде чем начать передавать пакеты данных, должны были убедиться, что она свободна. Несмотря на то, что такие сети были простыми в установке, они обладали существенными недостатками, заключающимися в ограничениях по размеру, функциональности и расширяемости, недостаточной надежности, а также неспособностью справляться с экспоненциальным увеличением сетевого трафика. Для повышения эффективности работы локальных сетей требовались новые решения.

Следующим шагом стала разработка стандарта 10Base-T с топологией типа "звезда", в которой каждый узел подключался отдельным кабелем к центральному устройству — концентратору (hub). Концентратор работал на физическом уровне модели OSI и повторял сигналы, поступавшие с одного из его портов на все остальные активные порты, предварительно восстанавливая их. Использование концентраторов позволило повысить надежность сети, т.к. обрыв какого-нибудь кабеля не влек за собой сбой в работе всей сети. Однако, несмотря на то, что использование концентраторов в сети упростило задачи ее управления и сопровождения, среда передачи оставалась разделяемой (все устройства находились в одном домене коллизий). Помимо этого, общее количество концентраторов и соединяемых ими сегментов сети было ограничено из-за временных задержек и других причин.

Задача сегментации сети, т.е. разделения пользователей на группы (сегменты) в соответствии с их физическим размещением с целью уменьшения количества клиентов, соперничающих за полосу пропускания, была решена с помощью устройства, называемого мостом (bridge). Мост был разработан компанией Digital Equipment Corporation (DEC) в начале 1980-х годов и представлял собой устройство канального уровня модели OSI (обычно двухпортовое), предназначенное для объединения сегментов сети. В отличие от концентратора, мост не просто пересылал пакеты данных из одного сегмента в другой, а анализировал и передавал их только в том случае, если такая передача действительно была необходима, то есть адрес рабочей станции назначения принадлежал другому сегменту. Таким образом, мост изолировал трафик одного сегмента от трафика другого, уменьшая домен коллизий и повышая общую производительность сети.

Однако мосты были эффективны лишь до тех пор, пока количество рабочих станций в сегменте оставалось относительно невелико. Как только оно увеличивалось, в сетях возникала перегрузка (переполнение приемных буферов сетевых устройств), которая приводила к потере пакетов.

Увеличение количества устройств, объединяемых в сети, повышение мощности процессоров рабочих станций, появление мультимедийных приложений и приложений "клиент-сервер" требовали большей полосы пропускания. В ответ на эти растущие требования фирмой Kalpana в 1990 г. на рынок был выпущен первый коммутатор (switch), получивший название EtherSwitch.

Рис. 1.1. Коммутатор локальной сети

Коммутатор представлял собой многопортовый мост и также функционировал на канальном уровне модели OSI. Основное отличие коммутатора от моста заключалось в том, что он мог устанавливать одновременно несколько соединений между разными парами портов. При передаче пакета через коммутатор в нем создавался отдельный виртуальный (либо реальный, в зависимости от архитектуры) канал, по которому данные пересылались напрямую от порта-источника к порту-получателю с максимально возможной для используемой технологии скоростью. Такой принцип работы получил название "микросегментация". Благодаря микросегментации коммутаторы получили возможность функционировать в режиме полного дуплекса (full duplex), что позволяло каждой рабочей станции одновременно передавать и принимать данные, используя всю полосу пропускания в обоих направлениях. Рабочей станции не приходилось конкурировать за полосу пропускания с другими устройствами, в результате чего не происходили коллизии и повышалась производительность сети.

Рис. 1.2. Микросегментация

В настоящее время коммутаторы являются основным строительным блоком для создания локальных сетей. Современные коммутаторы Ethernet превратились в интеллектуальные устройства со специализированными процессорами для обработки и перенаправления пакетов на высоких скоростях и реализации таких функций, как организация резервирования и повышения отказоустойчивости сети, агрегирование каналов, создание виртуальных локальных сетей (VLAN), маршрутизация, управление качеством обслуживания (Quality of Service, QoS), обеспечение безопасности и многих других. Также усовершенствовались функции управления коммутаторов, благодаря чему системные администраторы получили удобные средства настройки сетевых параметров, мониторинга и анализа трафика.

С появлением стандарта IEEE 802.3af-2003 PoE, описывающего технологию передачи питания по Ethernet (Power over Ethernet, PoE), разработчики начали выпускать коммутаторы с поддержкой данной технологии, что позволило использовать их в качестве питающих устройств для IP-телефонов, Интернет-камер, беспроводных точек доступа и другого оборудования.

С ростом популярности технологий беспроводного доступа в корпоративных сетях производители оборудования выпустили на рынок унифицированные коммутаторы с поддержкой технологии PoE для питания подключаемых к их портам точек беспроводного доступа и централизованного управления как проводной, так и беспроводной сетью.

Повышение потребностей заказчиков и тенденции рынка стимулируют разработчиков коммутаторов более или менее регулярно расширять аппаратные и функциональные возможности производимых устройств, позволяющие предоставлять в локальных сетях новые услуги, повышать их надежность, управляемость и защищенность.

Методы коммутации

Прежде чем принять решение о передаче кадра, коммутатор получает и анализирует его содержимое. В современных коммутаторах используются следующие методы коммутации, определяющие поведение устройства при получении кадра:

• коммутация с промежуточным хранением (store-and-forward);
• коммутация без буферизации (cut-through).

Оба метода коммутации принимают решение о продвижении кадров на основе МАС-адреса получателя, но отличаются последовательностью действий, которые коммутатор выполнит, прежде чем передать или отбросить поступивший на его порт кадр.

Рис. 1.5. Методы коммутации

Метод коммутации с промежуточным хранением (store-and-forward) исторически появился первым. Он характеризуется тем, что коммутатор, прежде чем передать кадр, полностью копирует его в буфер и производит проверку на наличие ошибок. Если кадр содержит ошибки (не совпадает контрольная сумма, или кадр меньше 64 байт или больше 1518 байт), то он отбрасывается. Если кадр не содержит ошибок, то коммутатор находит МАС-адрес приемника в своей таблице коммутации и определяет выходной порт. Затем, если не определены никакие фильтры, коммутатор передает кадр через соответствующий порт устройству назначения.

Несмотря на то, что этот способ передачи связан с задержками (чем больше размер кадра, тем больше времени требуется на его прием и проверку на наличие ошибок), он обладает двумя существенными преимуществами:

• коммутатор может быть оснащен портами, поддерживающими разные технологии и скорости передачи, например, 10/100 Мбит/с, 1000 Мбит/с и 10 Гбит/с;
• коммутатор может проверять целостность кадра, благодаря чему поврежденные кадры не будут передаваться в соответствующие сег- менты.

В большинстве коммутаторов D-Link реализован этот метод коммута- ции. Благодаря использованию в устройствах высокопроизводительных про- цессоров и контроллеров ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), задержка, вносимая коммутацией store-and-forward при передаче кадров, ока- зывается незначительной.

Коммутация без буферизации (cut-through) была реализована в первом коммутаторе Ethernet, разработанном фирмой Kalpana в 1990 г. При работе в этом режиме теоретически коммутатор копирует в буфер только МАС-адрес назначения (первые 6 байт после преамбулы) и сразу начинает передавать кадр, не дожидаясь его полного приема. Однако современные коммутаторы не всегда реализуют коммутацию без буферизации в классическом варианте. В зависимости от реализации коммутатор дожидается приема в буфер определенного количества байтов кадра и, если на порте не определены никакие фильтры, принимает решение о его передаче. Так как при работе в режиме cut-through коммутатор не дожидается приема всего кадра, то он не выполняет проверку кадров на наличие ошибок. Проверка кадра на наличие оши- бок возлагается на принимающий узел. Однако, современная сетевая инфраструктура, включающая оборудование и кабельную систему позволяет свести вероятность возникновения ошибочных кадров к минимуму.

Основным преимуществом коммутация без буферизации по сравнению с коммутацией с промежуточным хранением является уменьшение времени передачи кадров большого размера. Например, если приложение использует Jumbo-фреймы (кадры Ethernet, размер поля данных которых может достигать 10 000 байт), то коммутатор, работающий в режиме cut-through, будет передавать данные на несколько микро или миллисекунд (в зависимости от скорости портов коммутатора) быстрее коммутатора, использующего режим store-and-forward.

Помимо этого, коммутаторы с поддержкой режима cut-through хорошо подходят для использования в сетях, например в центрах обработки данных, с приложениями критичными к задержкам.

Однако в некоторых случаях, метод cut-through теряет свои преимущества в скорости передачи. Это может произойти при перегрузке сети, использовании функций фильтрации, требующих обработки на ЦПУ, или когда порты коммутатора поддерживают разную скорость (если коммутационная матрица плохо спроектирована).

Коммутаторы D-Link серии DXS-3600-xx обеспечивают гибкость в выборе метода коммутации, т.к. поддерживают selectable store-andforward/ cut-through mode. По умолчанию в коммутаторах этой серии используется режим store-and-forward, поэтому для получения преимуществ от использования режима cut-through, администратор сети должен сначала его активизировать. Коммутатор будет копировать в буфер, и изучать первые 560 байт кадра. Если размер кадра окажется больше 560 байт, коммутатор автоматически переключится в режим cut-through и начнет процесс продвижения кадра, не дожидаясь его полного приема. Соответственно для кадров, чей размер меньше или равен 560 байт будет использоваться режим коммутации store-and-forward.

Архитектура коммутаторов

Одним из основных компонентов всего коммутационного оборудования является коммутирующая матрица (switch fabric). Коммутирующая матрица представляет собой чипсет, соединяющий множество входов с множеством выходов на основе фундаментальных технологий и принципов коммутации. Коммутирующая матрица выполняет три функции:

• переключает трафик с одного порта матрицы на другой, обеспечивая их равнозначность;
• предоставляет качество обслуживания (Quality of Service, QoS);
• обеспечивает отказоустойчивость.

Поскольку коммутирующая матрица является ядром аппаратной платформы, к ней предъявляются требования по масштабированию производительности и возможности быстрого развития системы QoS.

Производительность коммутирующей матрицы (switch capacity) определяется как общая полоса пропускания (bandwidth), обеспечивающая коммутацию без отбрасывания пакетов трафика любого типа (одноадресного, многоадресного, широковещательного).

"Неблокирующей" коммутирующей матрицей (non-blocking switch fabric) является такая матрица, у которой производительность и QoS не зависят от типа трафика, коммутируемого через матрицу, и производительность равна сумме скоростей всех портов:

где¹ — количество портов, — максимальная производительность протокола, поддерживаемого i-м портом коммутатора.

Например, производительность коммутатора с 24 портами 10/100 Мбит/с и 2 портами 1 Гбит/с вычисляется следующим образом:

((24 х 100 Мбит/с) + (2 х 1 Гбит/с)) х 2 = 8.8 Гбит/с

Коммутатор обеспечивает портам равноправный доступ к матрице, если в системе не установлено преимущество одних портов над другими.

Поскольку коммутирующая матрица располагается в ядре платформы коммутатора, то одним из наиболее важных вопросов остается ее отказоустойчивость. Этот вопрос решается за счет реализации отказоустойчивой архитектуры, предусматривающей резервирование критичных для работы коммутатора блоков.

Одним из ключевых компонентов архитектуры современных коммутаторов является контроллер ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Контроллеры ASIC представляют собой быстродействующие и относительно недорогие кремниевые кристаллы, которые предназначены для выполнения определенных операций. Использование в архитектуре коммутаторов контроллеров ASIC повышает производительность системы, т.к. ASIC выполняет операции аппаратно, благодаря чему не возникают накладные расходы, связанные с выборкой и интерпретацией хранимых команд. Современные контроллеры ASIC часто содержат на одном кристалле 32-битные процессоры, блоки памяти, включая ROM, RAM, EEPROM, Flash, и встроенное программное обеспечение. Такие ASIC получили название System-on-a-Chip (SoC).

* Умножение на 2 для дуплексного режима работы.

В настоящее время существует много типов архитектур коммутирующих матриц. Выбор архитектуры матрицы во многом определяется ролью коммутатора в сети и количеством трафика, которое ему придется обрабатывать. В действительности, матрица обычно реализуется на основе комбинации двух или более базовых архитектур. Рассмотрим самые распространенные типы архитектур коммутирующих матриц.

Размер таблицы коммутации

Максимальная емкость таблицы коммутации определяет предельное количество MAC-адресов, которыми может одновременно оперировать коммутатор. В таблице коммутации для каждого порта могут храниться как динамически изученные МАС-адреса, так и статические МАС-адреса, которые были созданы администратором сети.

Значение максимального числа МАС-адресов, которое может храниться в таблице коммутации, зависит от области применения коммутатора. Коммутаторы D-Link для рабочих групп и малых офисов обычно поддерживают таблицу МАС-адресов емкостью от 1К до 8К. Коммутаторы крупных рабочих групп поддерживают таблицу МАС-адресов емкостью от 8К до 16К, а коммутаторы магистралей сетей — как правило, от 16К до 64К адресов и более.

Недостаточная емкость таблицы коммутации может служить причиной замедления работы коммутатора и засорения сети избыточным трафиком. Если таблица коммутации полностью заполнена, и порт встречает новый МАС-адрес источника в поступившем кадре, коммутатор не сможет занести его в таблицу. В этом случае ответный кадр на этот МАС-адрес будет разослан через все порты (за исключением порта-источника), т.е. вызовет лавинную передачу.

Объем буфера кадров

Для обеспечения временного хранения кадров в тех случаях, когда их невозможно немедленно передать на выходной порт, коммутаторы, в зависимости от реализованной архитектуры, оснащаются буферами на входных, выходных портах или общим буфером для всех портов. Размер буфера влияет как на задержку передачи кадра, так и на скорость потери пакетов. Поэтому чем больше объем буферной памяти, тем менее вероятны потери кадров.

Обычно коммутаторы, предназначенные для работы в ответственных частях сети, обладают буферной памятью в несколько десятков или сотен килобайт на порт. Общий для всех портов буфер обычно имеет объем в несколько мегабайт.

Основы коммутации

Введение

По мере развития сетевых технологий современные коммутаторы становятся все более сложными устройствами. Для успешного построения и обслуживания сетей ключевым моментом является понимание фундаментальных основ наиболее распространенных сетевых технологий, таких как коммутация 2-го уровня, коммутация 3-го уровня, IEEE 802.1Q, IEEE 802.1p, RSTP, MSTP, IGMP и многих других, а также знание того, как данные технологии можно применить на практике наиболее эффективно.

Книга "Построение коммутируемых компьютерных сетей" появилась благодаря многолетнему сотрудничеству компании D-Link и ведущего технического университета страны — МГТУ им. Н. Э. Баумана. Книга направлена на глубокое изложение теории и формирование практических знаний. В ее основу легли учебные материалы компании D-Link, а также практические занятия, проводимые в учебном центре D-Link — МГТУ им. Н. Э. Баумана – D-Link и кафедры "Компьютерные системы и сети".

Книга содержит полное описание фундаментальных технологий коммутации локальных сетей, примеры их использования, а также настройки на коммутаторах D-Link. Она будет полезна студентам, обучающимся по направлению "Информатика и вычислительная техника", аспирантам, сетевым администраторам, специалистам предприятий, внедряющим новые информационные технологии, а также всем, кто интересуется современными сетевыми технологиями и принципами построения коммутируемых сетей.

Курс содержит полное описание фундаментальных технологий коммутации локальных сетей, примеры их использования, а также настройки на коммутаторах D-Link. Он будет полезен студентам, обучающимся по направлению "Информатика и вычислительная техника", аспирантам, сетевым администраторам, специалистам предприятий, внедряющим новые информационные технологии, а также всем, кто интересуется современными сетевыми технологиями и принципами построения коммутируемых сетей.

Авторы хотят поблагодарить всех людей, вовлеченных в процесс консультирования, редактирования и подготовки рисунков для курса. Авторы выражают благодарность руководителям Представительства компании "Д-Линк Интернешнл ПТЕ Лтд" и МГТУ им. Н. Э. Баумана, специалистам компании D-Link Павлу Козику, Руслану Бигарову, Александру Зайцеву, Евгению Рыжову и Денису Евграфову, Александру Щадневу за технические консультации; Ольге Кузьминой за редактирование книги; Алесе Дунаевой за помощь в подготовке иллюстраций. Большую помощь в подготовке рукописи и тестировании практических занятий оказали преподаватели МГТУ им. Н. Э. Баумана Михаил Калинов, Дмитрий Чирков.

Обозначения, используемые в курсе

В тексте курса используются следующие пиктограммы для обозначения сетевых устройств различных типов:

 

Синтаксис команд

Следующие символы используются для описания ввода команд, ожидаемых значений и аргументов при настройке коммутатора через интерфейс командной строки (CLI).

Символ	Назначение
< угловые скобки >	Содержат ожидаемую переменную или значение, которое должно быть указано
[ квадратные скобки]	Содержат требуемое значение или набор требуемых аргументов. Может быть указано одно значение или аргумент
| вертикальная черта	Отделяет два или более взаимно исключающих пунктов из списка, один из которых должен быть введен/указан
{ фигурные скобки}	Содержит необязательное значение или набор необязательных аргументов

Эволюция локальных сетей

Эволюция локальных сетей неразрывно связана с историей развития технологии Ethernet, которая по сей день остается самой распространенной технологией локальных сетей.

Первоначально технология локальных сетей рассматривалась как времясберегающая и экономичная технология, обеспечивающая совместное использование данных, дискового пространства и дорогостоящих периферийных устройств. Снижение стоимости персональных компьютеров и периферии привело к их широкому распространению в бизнесе, и количество сетевых пользователей резко возросло. Одновременно изменились архитектура приложений ("клиент-сервер") и их требования к вычислительным ресурсам, а также архитектура вычислений (распределенные вычисления). Стал популярным downsizing (разукрупнение) — перенос информационных систем и приложений с мэйнфреймов на сетевые платформы. Все это привело к смещению акцентов в использовании сетей: они стали обязательным инструментом в бизнесе, обеспечив наиболее эффективную обработку информации.

В первых сетях Ethernet (10Base-2 и 10Base-5) использовалась шинная топология, когда каждый компьютер соединялся с другими устройствами с помощью единого коаксиального кабеля, используемого в качестве среды передачи данных. Сетевая среда была разделяемой и устройства, прежде чем начать передавать пакеты данных, должны были убедиться, что она свободна. Несмотря на то, что такие сети были простыми в установке, они обладали существенными недостатками, заключающимися в ограничениях по размеру, функциональности и расширяемости, недостаточной надежности, а также неспособностью справляться с экспоненциальным увеличением сетевого трафика. Для повышения эффективности работы локальных сетей требовались новые решения.

Следующим шагом стала разработка стандарта 10Base-T с топологией типа "звезда", в которой каждый узел подключался отдельным кабелем к центральному устройству — концентратору (hub). Концентратор работал на физическом уровне модели OSI и повторял сигналы, поступавшие с одного из его портов на все остальные активные порты, предварительно восстанавливая их. Использование концентраторов позволило повысить надежность сети, т.к. обрыв какого-нибудь кабеля не влек за собой сбой в работе всей сети. Однако, несмотря на то, что использование концентраторов в сети упростило задачи ее управления и сопровождения, среда передачи оставалась разделяемой (все устройства находились в одном домене коллизий). Помимо этого, общее количество концентраторов и соединяемых ими сегментов сети было ограничено из-за временных задержек и других причин.

Задача сегментации сети, т.е. разделения пользователей на группы (сегменты) в соответствии с их физическим размещением с целью уменьшения количества клиентов, соперничающих за полосу пропускания, была решена с помощью устройства, называемого мостом (bridge). Мост был разработан компанией Digital Equipment Corporation (DEC) в начале 1980-х годов и представлял собой устройство канального уровня модели OSI (обычно двухпортовое), предназначенное для объединения сегментов сети. В отличие от концентратора, мост не просто пересылал пакеты данных из одного сегмента в другой, а анализировал и передавал их только в том случае, если такая передача действительно была необходима, то есть адрес рабочей станции назначения принадлежал другому сегменту. Таким образом, мост изолировал трафик одного сегмента от трафика другого, уменьшая домен коллизий и повышая общую производительность сети.

Однако мосты были эффективны лишь до тех пор, пока количество рабочих станций в сегменте оставалось относительно невелико. Как только оно увеличивалось, в сетях возникала перегрузка (переполнение приемных буферов сетевых устройств), которая приводила к потере пакетов.

Увеличение количества устройств, объединяемых в сети, повышение мощности процессоров рабочих станций, появление мультимедийных приложений и приложений "клиент-сервер" требовали большей полосы пропускания. В ответ на эти растущие требования фирмой Kalpana в 1990 г. на рынок был выпущен первый коммутатор (switch), получивший название EtherSwitch.

Рис. 1.1. Коммутатор локальной сети

Коммутатор представлял собой многопортовый мост и также функционировал на канальном уровне модели OSI. Основное отличие коммутатора от моста заключалось в том, что он мог устанавливать одновременно несколько соединений между разными парами портов. При передаче пакета через коммутатор в нем создавался отдельный виртуальный (либо реальный, в зависимости от архитектуры) канал, по которому данные пересылались напрямую от порта-источника к порту-получателю с максимально возможной для используемой технологии скоростью. Такой принцип работы получил название "микросегментация". Благодаря микросегментации коммутаторы получили возможность функционировать в режиме полного дуплекса (full duplex), что позволяло каждой рабочей станции одновременно передавать и принимать данные, используя всю полосу пропускания в обоих направлениях. Рабочей станции не приходилось конкурировать за полосу пропускания с другими устройствами, в результате чего не происходили коллизии и повышалась производительность сети.

Рис. 1.2. Микросегментация

В настоящее время коммутаторы являются основным строительным блоком для создания локальных сетей. Современные коммутаторы Ethernet превратились в интеллектуальные устройства со специализированными процессорами для обработки и перенаправления пакетов на высоких скоростях и реализации таких функций, как организация резервирования и повышения отказоустойчивости сети, агрегирование каналов, создание виртуальных локальных сетей (VLAN), маршрутизация, управление качеством обслуживания (Quality of Service, QoS), обеспечение безопасности и многих других. Также усовершенствовались функции управления коммутаторов, благодаря чему системные администраторы получили удобные средства настройки сетевых параметров, мониторинга и анализа трафика.

С появлением стандарта IEEE 802.3af-2003 PoE, описывающего технологию передачи питания по Ethernet (Power over Ethernet, PoE), разработчики начали выпускать коммутаторы с поддержкой данной технологии, что позволило использовать их в качестве питающих устройств для IP-телефонов, Интернет-камер, беспроводных точек доступа и другого оборудования.

С ростом популярности технологий беспроводного доступа в корпоративных сетях производители оборудования выпустили на рынок унифицированные коммутаторы с поддержкой технологии PoE для питания подключаемых к их портам точек беспроводного доступа и централизованного управления как проводной, так и беспроводной сетью.

Повышение потребностей заказчиков и тенденции рынка стимулируют разработчиков коммутаторов более или менее регулярно расширять аппаратные и функциональные возможности производимых устройств, позволяющие предоставлять в локальных сетях новые услуги, повышать их надежность, управляемость и защищенность.