Комутаційні вузли комутаторів

У сучасних комутаторах найчастіше використовують три типи комутаційних вузлів:

комутаційна матриця;

загальна шина;

розділена багатовходова пам'ять.

Комутаційна матриця будується на основі комбінаційних схем і належить до найбільш швидкісних комутаційних вузлів. Проте реалізація матриці можлива тільки для невеликого числа портів, при цьому складність матричного комута­ційного вузла зростає пропорційно квадрату числа портів комутатора.

У комутаторах із загальною шиною процесори портів пов'язані між собою високопродуктивною шиною, яка використовується у режимі розділеного часу. При цьому порти опитуються у циклічному порядку, а кадри передаються по шині невеликими порціями по декілька байт, до яких додається номер вихідного порту. Кожний порт вибирає із шини тільки ті дані, які йому належать.

У комутаторах із розподіленою пам'яттю кадри, які надходять на вхідні порти, записуються в чергу у блоки пам'яті, закріплені за портами-адресатами. Із розподіленої пам'яті спеціальна програма-менеджер черг переписує кадри у буфери вихідних портів, з'єднаних з одержувачами кадрів.

Існують комутатори з комбінованими комутаційними вузлами, які поєднують різні способи з'єднання портів. Найчастіше використовують поєднання кому­таційної матриці зі загальною шиною. Використання комбінованих комутаційних вузлів характерні для модульних комутаторів.

Продуктивність комутаторів

Однією із найбільш важливих характеристик комутаторів є їх продуктив­ність. На продуктивність комутаторів найбільше впливають такі показники:

Швидкість фільтрації кадрів.

Швидкість просування кадрів.

Пропускна здатність.

Затримка передавання кадрів.

На ці показники суттєво впливають такі чинники:

Розмір буферної пам'яті.

Розмір адресної таблиці.

Швидкість передавання даних комутаційним вузлом.

Продуктивність процесорів комутатора.

Швидкість фільтрації кадрів визначається швидкістю виконання комутато­ром таких етапів:

Записування кадру даних вхідним портом у свою буферну пам'ять.

Визначення номера вихідного порту.

Ліквідація кадру, який належить до вхідного сегмента.

Швидкість просування комутатором вхідних кадрів визначається швидкістю виконання таких етапів:

Записування кадру даних вхідним портом у буферну пам'ять.

Визначення номера вихідного порту.

Передавання кадру через комутаційний вузол і його запис у буферну па­
м'ять вихідного порту.

Отримання доступу до середовища і передавання кадру даних у розпо­
ділений сегмент адресата.

Швидкість просування кадрів вимірюється числом кадрів мінімальної дов­жини, які комутатор передає в розподілений сегмент адресата за одну секунду (найбільш складний режим).Пропускна здатність комутатора визначається числом даних у бітах, переданим усіма його портами за одну секунду. Вимірюється в одиницях [Мбіт/с]. Оскільки число біт при цьому беруть із поля даних кадру, то найкращих показників досягають при передаванні кадрів максимальної довжини, які характеризуються малою часткою службової інформації.

Затримку кадру визначають як різницю часу від моменту надходження байта на вхід комутатора до моменту появи його ж на виході комутатора. За обробки

кадрів "на льоту" затримка кадрів сучасними комутаторами становить 5—40 мкс, а з повною буферизацією - 50-200 мкс для кадрів мінімальної довжини.

Розмір буферної пам'яті портів комутатора відіграє важливу роль для згладжування пульсуючого трафіка. Комутатори з великою буферною пам'яттю портів втрачають менше кадрів у часи пік, коли коефіцієнт пульсації трафіка зростає в десятки разів. Комутатори деяких фірм-виробників, крім буферної пам'я­ті портів, містять спільну буферну пам'ять у центральному модулі, що дозволяє їм покращити вирівнювання пульсуючого трафіка та зменшити втрату кадрів у разі перевантаження розподілених сегментів адресатів.

Розмір адресної таблиці визначається числом МАС-адрес робочих станцій, які можуть в ній зберігатися, і суттєво впливає на продуктивність комутатора. Малий розмір адресної таблиці сповільнює роботу комутатора. Комутатори ло­кальних мереж груп і відділів повинні забезпечити зберігання декількох сотень, а комутатори магістралей - декілька тисяч (4000-8000) МАС-адрес.

Комутатори 3-го рівня

Комутатори 3-го рівня, на відміну від звичайних комутаторів, під час передавання пакетів в інші мережі здійснюють їх маршрутизацію за допомогою протоколів третього (мережевого) рівня. При цьому вони, як правило, викорис­товують апаратну маршрутизацію з допомогою спеціальних великих інтегральних схем, які реалізують протоколи мережевого рівня.

Розрізняють два типи комутаторів 3-го рівня:

Комутатори з класичною маршрутизацією.

Комутатори з прискореною маршрутизацією.

Комутатори першого типу виконують класичну маршрутизацію для кожного пакета, який передається в іншу мережу.

Комутатори другого типу виконують маршрутизацію тільки декількох перших пакетів одного потоку, а при виявленні його стабільності решту пакетів передають на той самий вихідний порт, що і перші пакети даного потоку, не виконуючи протоколів третього рівня.

При цьому обидва типи комутаторів 3-го рівня виконують для пакетів, які циркулюють в межах однієї мережі, звичайну комутацію згідно з адресними таблицями на основі аналізу МАС-адрес, що містяться в пакетах.

Порівняно з маршрутизаторами комутатори 3-го рівня мають набагато вищу швидкодію, яка може досягати десяти мільйонів пакетів в секунду.