Интерфейс 100BaseT4 (разъем RJ-45)

Рис. 10. Интерфейсные кабели 100BaseT4: а – “прямой”,

б — “перекрестный”

Для приведенных выше реализаций предусмотрен протокол согласования режимов (autonegotiation), по которому порт может выбрать самый эффективный из режимов, доступных обоим участникам обмена. Согласование осуществляет­ся путем обмена посылками FLP (Fast Link Pulse), которые являются признаком исправной активной линии (аналогично NLP 10BaseT). В отличие от одиночных импульсов NLP, импульсы FLP идут пачкой. Различают синхронизирующие и сигнальные импульсы FLP. Сигнальные импульсы могут вставляться между синхронизирующими, идущими пачкой по 17 штук. Места между этими импуль­сами отводятся под кодирование 16-битного слова: наличие сигнального соот­ветствует единичному биту, отсутствие – нулевому. Слово несет информацию о доступных режимах. Первый узел предлагает самый эффективный режим, коди­руя его в посылке FLP. Приемник на эту посылку отвечает аналогичной, в кото­рой кодирует свои возможности. В качестве рабочего выбирается самый приори­тетный из доступных обоим узлам. Приоритеты режимов в порядке убывания: 100BaseTX полнодуплексный, 100BaseT4, 100BaseTX полудуплексный, 10BaseT полнодуплексный, 10BaseT полудуплексный. Если второй узел имеет порт 10BaseT, “не понимающий” FLP и посылающий NLP, будет принят протокол lOBaseT. Протокол автоматического согласования может быть отключен (или не реализо­ван), в этом случае режим работы задается принудительно при конфигурирова­нии порта. Возможность переключения режимов отражается в названиях портов (Fast Ethernet 10/100), поддержка режима 100BaseT4 встречается нечасто.

100BaseT2 – малораспространенная (и не стандартизованная) версия с ис­пользованием двух пар категории 3 и выше. Сужение полосы достигается за счет применения 5-уровневого кодирования РАМ-5. Поддерживает полу- и полный дуплекс, в режиме полного дуплекса сигналы распространяются по каждой паре во встречных направлениях (пропускная способность 100 Мбит/с относится только к полному дуплексу, скорость передачи в одну сторону – 50 Мбит/с).

100BaseFX – версия для оптоволокна с длиной волны 1300 нм. Логически близка к 100BaseTX – то же логическое кодирование 4В/5В, но физическое – NRZI (как в FDDI). Согласование режимов (переход на 10 Мбит/с) невозмож­но, поскольку стандарт 10BaseFL использует длину волны 830 нм. В полуду­плексе дальность 412м – ограничение по времени двойного оборота. В полном дуплексе дальность определяется свойством волокна: по ММ-волокну может до­стигать 2 км, по SM – 32 км.

100BaseSX – новый стандарт на дешевых коротковолновых (830 нм) светоди­одных передатчиках и многомодовом волокне. Дальность связи ограничена во­локном и меньше, чем у FX, – всего 300 м, зато поддерживается совместимость с 10BaseFL и автоматическое согласование скорости передачи 10/100 Мбит/с (802.3u). Версия разработана как дешевая альтернатива дорогой 100BaseFX в случаях, когда не требуется преодоления больших расстояний.

Центральным устройством в Fast Ethernet может быть повторитель или ком­мутатор. Повторители делятся на два класса:

Повторитель класса I (class I repeater) является транслирующим (translalional repeater), oн поддерживает разные схемы кодирования, принятые в технологиях 100BaseTX/FX и 100BaseT4. При этом вносимая задержка может достигать 140 bt.

Повторитель класса II (class II repeater) является прозрачным (transparent repeater), он поддерживает только одну из схем кодирования – техноло­гию 100BaseTX/FX или 100BaseT4. При этом вносимая задержка может достигать 92 bt.

Благодаря избыточности кодирования по сравнению с Ethernet повторители Fast Ethernet работают несколько сложнее. В случае обнаружения ошибочного сигнала вместо его прозрачной трансляции в остальные порты повторитель мо­жет посылать признак повреждения кадра. Если повторитель поддерживает две схемы кодирования, ему приходится производить декодирование по схеме 4В/ 5В и последующее кодирование в 6В/8Т (или наоборот), что вносит дополни­тельную задержку.

Топологические ограничения Fast Ethernet жестче – диаметр домена коллизий для витой пары не должен превышать 205 м, в одном домене коллизий может быть не более двух повторителей класса II, повторитель класса I может быть только один. Если принять допустимое расстояние от повторителя до станции равным 100 м, то повторители можно соединять между собой кабелем длиной не более 5 м.

1.1.2.5. Стандарты Gigabit Ethernet 1000 Мбит/с

Технология Gigabit Ethernet со скоростью передачи данных 1000 Мбит/с разра­ботана для ускорения передачи данных при использовании популярнейшей тех­нологии (Ethernet). Однако повышение скорости на порядок при сохранении всех пропорций предыдущих технологий привело бы к сужению диаметра доме­на коллизий до неприемлемого размера – 0,26 мкс задержки соответствует при­мерно 50 м кабеля, а еще задержку вносит и повторитель. По этой причине ми­нимально допустимый размер кадра, определяющий максимально допустимую задержку передачи, был увеличен до 512 байт (4096 bt). С учетом задержек в по­вторителе и адаптерах диаметр домена коллизий может достигать 200 м, то есть вписываться в стандартную концепцию построения СКС. Ограничения, порож­денные методом CSMA/CD, актуальны только для полудуплексного режима ра­боты портов. Для Gigabit Ethernet более характерен полнодуплексный режим, при котором допустимая длина линии связи ограничивается затуханием сигнала и частотными свойствами линии.

Дополнительно предусматривается возможность пакетной передачи кадров (frame bursting). Узел, получивший доступ к среде, после передачи одного кадра вместо паузы посылает специальную последовательность, после которой идет следующий кадр. Кадры пакета могут адресоваться разным получателям. Смысл пакетной передачи заключается в сокращении накладных расходов на получение доступа к среде – между кадрами пакета среда для остальных узлов выглядит занятой.

Gigabit Ethernet описывается двумя стандартами – IEEE 802.3z (1000BaseSХ, 1000BaseLX и 1000BaseCX), принятым в 1998 году, и IEEE 802.3ab (1000BaseТ), принятым осенью 1999 г.

Стандарт 802.3z основывается на наработках технологии Fiber Channel. Здесь используется избыточное кодирование 8В/10В, а схемы физического уровня “разогнаны” со скорости 800 Мбит/с до 1 Гбит/с (тактовая частота – 1,25 ГГц). Стандарт предлагает следующие версии:

1000BaseSX (Short wavelength) – оптический интерфейс с коротковолновыми (850 нм) лазерными передатчиками для связи по ММ-волокну на небольшие расстояния. Для кабеля с невысокой полосой пропускания допустимая длина соединения оказывается меньше, чем ограничение на длину магистрального кабеля (500 м), установленное стандартами СКС.

1000BaseLX (Long wavelength) – интерфейс с длинноволновыми (1310 м) лазерными передатчиками для связи по SM- и ММ-волокну на большие расстояния.

1000BaseLH – интерфейс с лазерными передатчиками 1310 нм для связи по SM и ММ-волокну на сверхбольшие расстояния, пока в стандарт IEEE не входит.

1000BaseCX – электрический интерфейс для связи на короткие дистанции (25 м), предназначенный для связи оборудования в пределах аппаратной комнаты или телекоммуникационного помещения. Использует двухосевой (twinaxial) кабель или скрученные четверки проводов (quad cable) с частотными характеристиками, превосходящими STP типов 1 и 2. В качестве коннекторов пока предлагается DB-9 (используемый для STP в Token Ring), разрабатывается новый тип коннектора HSSDC (High-Speed Serial Data Connector).

1000BaseT – электрический интерфейс на витой паре (4 пары проводов) категории 5е (и даже 5) при ограничении на длину линии в 100 м. Физическое кодирование – 5-уровневое (РАМ-5). Сигнал передается одновременно по четырем парам проводов, причем для полного дуплекса передача ведется по каждой паре сразу в обоих направлениях. Оконечные цепи выделяют из смеси сигнал противоположного передатчика. Решение этой задачи на сверхвысоких частотах стала возможным благодаря применению современных сигнальных процессоров. Для удовлетворения требованиям к среде передачи рекомендуется применение в кабельной системе компонентов категории 5е (розетки, шнуры, 4-парные кaбeли стационарной проводки). Количество соединений в канале должно быть минимальным. В телекоммуникационных помещениях рекомендуется схема непосредственного подключения (interconnection), без кросс-панели. В горизонтальной кабельной системе исключается соединение двух кусков кабелей в одной линии в точке перехода (ТР) или консолидации (СР).

1.2.6. Концентраторы: повторители, мосты и коммутаторы

Все современные реализации Ethernet (за исключением коаксиальных версий) требуют для связи конечных узлов применения тех или иных активных промежуточных устройств. Эти устройства являются точками концентрации индивидуальных кабелей (проводов), подходящих к оконечным и другим промежуточным узлам ceти, и называются концентраторами. К сожалению, нет устоявшейся терминологии, увязывающей в стройную систему такие понятия, как концентратор, повторитель, хаб, мост и коммутатор. Под концентратором часто подразумевают и повторитель (хаб) – простейшее устройство, и коммутатор, позволяющий объединять устройства с разными технологиями (Ethernet, Token Ring, FDDI).

Концентраторы различаются по выполняемым функциям (повторители, мосты/коммутаторы 2-го уровня, коммутаторы 3-го уровня), типам и числу портов конструктивному исполнению.

Порты концентраторов Ethernet 10 Мбит/с могут иметь разные типы интерфейсных разъемов:

BNC – для сегмента 10Base2;

AUI – для 10Base5, 10Base2, 10BaseT, 10BaseF, FOIRL.

RJ-45 MDIX – для 10BaseT (подключение станций);

RJ-45 MDI – для 10BaseT (подключение к другому концентратору);

ST (пара) – для 10BaseF.

Порты Fast Ethernet 100 Мбит/с могут иметь разъемы следующих типов:

RJ-45 MDIX – 100BaseTХ и/или 100BaseT4 (подключение станций);

RJ-45 MDI – для 100BaseTX и/или 100BaseT4 (подключение к другому концентратору);

SC или ST (пара) – для 100BaseFХ;

MII (40-контактный) – для любых интерфейсных модулей.

Порты Gigabit Ethernet 1000 Мбит/с могут иметь разъемы следующих типов:

RJ-45 для 1000BaseT;

SC (пара) или миниатюрные дуплексные (МТ-RJ и т.п.) – для 1000BaseSХ, 1000BaseLХ;

HSSDC или DB9S – для 1000BaseСХ (порты этого типа встречаются редко).

Порты BNC подключаются к Т-коннекторам в произвольных местах кабельных сегментов, разрешенных для используемого коаксиального кабеля (риски на толстом кабеле, не ближе 0,5 м от соседнего узла – на тонком). Изредка встречаются повторители (многопортовые), у которых имеются внутренние терминаторы. Такие повторители могут подключаться только к концам коаксиальных сегментов (без Т-коннекторов и дополнительных терминаторов).

Порты AUI и MII универсальны, но требуют использования довольно дорогого внешнего трансивера или интерфейсного модуля. Трансивер может устанавливаться непосредственно на разъем или подключаться AUI-кабелем длиной до 50 м. Длина интерфейсного кабеля для MII ограничена 0,5 м, модуль MII чаще всего устанавливается прямо в гнездо.

Порты RJ-45 обычно имеют раскладку MDIX, что позволяет подключать станции “прямыми” кабелями. На многопортовых повторителях часто один из портов RJ-45 снабжают переключателем “MDI – MDIX” или дублирующим разъемом с раскладкой MDI, что позволяет его подключать “прямым” кабелем к другим концентраторам. При необходимости соединения двух устройств с портами MDIX используют перекрестный кабель (crossover), который может быть универсальным для 10BaseT, 100BaseTХ и 100BaseT4 (рис.10).

Оптические порты имеют пару коннекторов, помеченных как “ТХ” – выход передатчика и “Rx” – вход приемника. Для соединения нужна пара волокон, выход “Тх” соединяется со входом ”Rх” противоположного устройства и наоборот.

Повторители

Повторитель (repeater)в сетях Ethernet на коаксиальном кабеле используется как средство преодоления ограничений кабеля и количества подключенных узлов (по электрическим характеристикам). В сетях на витой паре и оптоволокне повторитель является самым дешевым вариантом связующего устройства и чаще называется хабом (hub).

В простейшем случае повторитель имеет два порта. В его задачи входит передача сигнала из одного порта в другие с восстановлением формы и обработкой коллизий, а также изоляция (partitioning) порта, на котором он обнаруживает непрерывные ошибки. Каждый порт имеет собственный трансивер – приемник, передатчик и детектор коллизий. Повторитель прослушивает сигналы на всех портах. При обнаружении несущей на одном из портов он синхронизируется по преамбуле и принятую последовательность сигналов транслирует во все другие порты с номинальной амплитудой импульсов. По пропаданию несущей все порты снова переходят в состояние ожидания сигнала на каком-либо из портов. Если во время трансляции сигнала в каком-либо из портов обнаруживается коллизия, повторитель во все порты посылает jam-последовательность. Это делается для того, чтобы узлы, подключенные ко всем портам, могли бы распознать коллизию (транслировать амплитудные искажения повторитель не может). Если трансивер одного из портов обнаруживает коллизии подряд 32 раза, то порт изолируется (partitioned) – сигналы с этого порта перестают транслироваться в остальные. Пакеты в сегментированный порт транслируются. Если трансиверу удается передать пакет в сегментированный порт без коллизии, сегментация снимается и порт переходит в нормальный режим работы. Эта автоизоляция (auto partition) предназначена для повышения живучести сети. Для повторителей Fast Ethernet правила изоляции и “реабилитации” портов несколько сложнее. Поводом для изоляции является и длинная “болтливая” (jabber) посылка (40 000 – 75 000 бит).

Повторитель работает на уровне физических сигналов – закодированных битовых цепочек. Никакого анализа кадров он не выполняет. Все узлы, подключенные к портам одного повторителя, находятся в одном домене коллизий. Для увеличения числа подключаемых узлов и расстояния между ними в сети может присутствовать множество соединенных между собой повторителей. Сеть на повторителях должна удовлетворять следующим ограничениям:

Петлевые соединения повторителей недопустимы – сеть не должна иметь замкнутых контуров.

Между любой парой сети на 10 Мбит/с может быть не более 4 повторителей (кроме повторителей 10BaseFB, которых может быть больше).

Задержка распространения сигналов между любой парой узлов не должна превышать 25 мкс для 10 Мбит/с и 2,5 мкс для 100 Мбит/с.

Повторитель Fast Ethernet 100 Мбит/с класса I в сегменте может быть только один. Повторителей класса II может быть не более двух.

Многие дешевые модели повторителей Ethernet имеют несколько портов RJ-45 и один BNC. Порт BNC выгодно использовать для объединения таких повторителей в один сегмент – он позволяет соединить до 30 повторителей без нарушения правил.

Увеличивать количество портов в сегменте, не нарушая ограничений на число повторителей, позволяют стековые повторители. Так, через обычные порты могут соединяться в цепочку до 4 стеков повторителей Ethernet и до 2 стеков повторителей Fast Ethernet класса 2. Стек из повторителя Fast Ethernet класса 2 может выглядеть и как устройство класса 1 (это указывается в документации), тогда он не может соединяться с другими повторителями.

Мосты и коммутаторы

Мост (bridge)является средством передачи кадров между двумя (или более) сегментами-доменами коллизий. Мост анализирует заголовок кадра – его инте­ресуют МАС-адреса источника и получателя. Мост прослушивает кадры, прихо­дящие каждый на свой порт, и составляет списки МЛС-адресов узлов, подклю­ченных к этим портам (по адресам источника). Если приходящий кадр имеет адрес назначения, принадлежащий тому же сегменту, то этот кадр мостом филь­труется – никуда не транслируется. Если адрес назначения известен мосту и относится к другому сегменту, мост транслирует этот кадр в соответствующий порт. Если положение адресата назначения еще не известно мосту, кадр трансли­руется во все порты (кроме того, откуда он пришел). Широковещательные и многоадресные кадры также транслируются во все порты. Трансляция предпола­гает доступ к сегменту по обычной схеме: ожидание отсутствия несущей, переда­ча кадра и в случае коллизий повторные попытки передачи. Для выполнения этих процедур мост должен иметь буферную память для промежуточного хране­ния кадров, а также память для хранения списков МАС-адресов узлов сегментов всех портов. Описанный алгоритм поведения относится к “прозрачным” мостам (transparent bridge), определенным стандартом IEEE 802. 1d.

Коммутатор (switch)в принципе выполняет те же функции, что и мост, но предназначен для несколько иных целей. Коммутатор используется как средст­во сегментации – уменьшения количества узлов в доменах коллизий. В пре­дельном случае – микросегментации – к каждому порту коммутатора подклю­чается только один узел. При этом коммутатор должен направить в нужный порт каждый приходящий кадр, что предъявляет высокие требования к произ­водительности процессора коммутатора. Если к порту коммутатора подключа­ется один узел (станция или другой коммутатор), то появляется возможность работы в полнодуплексном режиме. При этом коллизии как таковые отсутст­вуют.

Существуют два основных подхода к коммутации – с промежуточным сохра­нением и “на лету”.

Технология с промежуточным хранением (store and forward)предполагает, что каждый кадр, пришедший в порт, целиком принимается в буферную память. Да­лее процессор анализирует его заголовок, адрес источника использует для построения своих таблиц, а по адресу назначения определяет порт, в который кадр должен быть передан.В случае многоадресной или широковещательной переда­чи это будет группа из всех остальных портов. Передача в порт(ы) производится по мере его (их) освобождения, согласно процедуре CSMA/CD. После успешной передачи (во все требуемые порты) кадр из памяти удаляется, освобождая место. Эта технология позволяет анализировать кадр (проверять CRC-код) и игнори­ровать ошибочные (что делается не всегда). Недостатком является значительная задержка передачи кадров – по крайней мере на время приема кадра (для макси­мально длинного кадра при 10 Мбит/с – 1,22 мс).

Коммутация на лету (on-the-fly)выполняется по возможности без промежуточного хранения. Порт принимает кадр, одновременно анализируя его поле заголовка. Как только пройдут биты адреса назначения – первые 6 байт после преамбулы – коммутатор уже может пересылать кадр в порт(ы) назначения, если они не заняты. В случае, если порт назначения занят, промежуточное хранение неизбежно. Коммутация на лету вносит минимальную задержку – при свободном порте назначения она составит (8+6)х8 =112 bt, для скорости 10 Мбит/с – 11,2 мкс. Однако проверка CRC не производится, и коммутатор распространяет все кадры, в том числе и короткие, отсеченные коллизиями.

В отличие от мостов, число портов которых было невелико (часто всего два), коммутаторы имеют множество портов, между которыми для каждого пакета должна устанавливаться виртуальная цепь передачи. В общем случае N-портовый коммутатор с полудуплексными портами должен обеспечивать до N/2 одновременно действующих виртуальных цепей. В случае полного дуплекса количество цепей теоретически может достигать и N, но такое равномерное распределение “заявок” на связи практически не встречается.

В зависимости от производительности коммутатор может быть блокирующим и неблокирующим. Неблокирующий коммутатор способен обрабатывать все кадры, приходящие на все его порты с максимальной скоростью, которую обеспечивает среда передачи. Очевидно, что для этого производительность “коммутационной фабрики” должна быть не меньшей, чем сумма пропускной способности половины портов. В случае полного дуплекса в этом соотношении пропускную способность порта следует считать равной удвоенной битовой скорости (т. е. 20, 200 или 2000 Мбит/с). Для скорости 10 Мбит/с и при не очень большом количестве портов это достигается относительно просто, высокие скорости создают определенные трудности, особенно при большом количестве портов. В мостах с задачей коммутации успешно справлялся один процессор, как правило, там применялся процессор общего назначения. В коммутаторах для получения приемлемой производительности каждый порт (или группа портов) снабжается своим процессором, и эти процессоры работают параллельно. В качестве процессоров портов часто применяют специализированные микросхемы (ASIC). Их работой управляет центральный процессор коммутатора. Соединения между портами могут организовываться разными способами:

Коммутационная матрица – это аппаратная схема (электронный коммутатор), которая позволяет организовать цепь передачи логического сигнала между любой парой портов. Процессор каждого порта принимает кадр сначала в свой буфер. Как только процессор порта определяет адрес назначения очередного кадра, он запрашивает у матрицы требуемое соединение. Если выходной порт свободен, устанавливается логическая связь и кадр через матрицу поступает на передатчик выходного порта. Если выходной порт занят, кадр сохраняется в буферной памяти входного порта на время до освобождения требуемого выходного. Нетрудно заметить, что объем (количество элементов) схемы коммутационной матрицы растет пропорционально квадрату числа портов, поэтому матрица применяется при ограниченном (и фиксированном) числе портов.

Объединяющая шина высокой производительности связывает процессоры всех портов. Кадры по ней пересылаются мелкими фрагментами (ячейками) на скорости, существенно большей битовой скорости портов. В результате каждая передача занимает малую часть времени шины и несколько пар процессоров могут обмениваться кадрами псевдопараллельно. Производительность шины в идеале должна быть не меньше суммы про­пускной способности половины портов. До тех пор, пока это условие со­блюдается, увеличение количества портов не вызывает особых техниче­ских проблем. Скорость передачи по шине не зависит от скорости работы конкретных портов, а согласование размеров ячеек со стандартным для ATM облегчает возможность построения гибридных коммутаторов Ether­net – Token Ring – FDDI – ATM. Объединяющая шина широко исполь­зуется в модульных коммутаторах на основе шасси. Здесь шина реализует­ся о виде пассивной объединяющей панели (passive backplane), а модули с группами портов могут устанавливаться в относительно произвольном ко­личестве с возможностью “горячей” замены (hot swap).

Разделяемая память – это единая буферная память, доступная процессо­рам всех портов коммутатора. Все входящие кадры “складываются” в эту память, а процессорам выходных портов передаются лишь указатели на блоки памяти, содержащие предназначенные им кадры. Процессоры вы­ходных портов после успешной передачи отмечают эти блоки как свобод­ные для дальнейшего использования. Общая память позволяет не делать больших запасов памяти для каждого порта (на случай перегрузок). Разде­ляемая память проще реализуется в одноплатных коммутаторах (шина па­мяти сугубо локальна).

На практике используются и комбинации этих основных способов – например, модули с коммутационными матрицами могут быть связаны между собой объединяющей шиной.

Конструктивно коммутаторы могут иметь несколько вариантов исполнения в зависимости от их назначения и производительности.

Коммутаторы с фиксированным числом портов – самые дешевые устрой­ства, применяемые для числа портов до 24-30. Часто 1-2 порта имеют скорость, на порядок большую скорости основной массы портов. Эти пор­ты предназначаются для подключения приоритетных узлов (серверы) и связи с другими коммутаторами. Более дорогие модели могут иметь не­сколько гнезд для подключения различных интерфейсных модулей, в том числе оптических, с резервированием линий и т. п. В больших сетях такие коммутаторы применяются на уровне этажных распределителей, в малых сетях они могут быть и центральными устройствами.

Модульные коммутаторы могут иметь до сотни портов (в зависимости от размера шасси, плотности портов модулей и производительности). Эти коммутаторы применяют в качестве магистральных на уровне кампусных, домовых распределителей, а иногда и в этажных. Удельная стоимость пор­та снижается по мере увеличения числа установленных модулей (наклад­ные расходы на шасси велики), но все равно остается выше, чем у устройств с фиксированной конфигурацией. Производительность, как правило, тоже выше.

Стековые коммутаторы в идеале должны иметь пропускную способность стекового интерфейса не ниже суммы пропускной способности половины портов всех коммутаторов, объединяемых в стек. На практике этот интер­фейс становится узким местом, и количество объединяемых устройств ча­сто ограничивается четырьмя. Топология соединений устройств стека мо­жет быть различной: цепочка, кольцо, звезда (рис. 11). При связи в цепочку отказ одного устройства может привести к распаду стека на две несвязанные части. Этот недостаток устраняется при закольцовывании устройств. И в цепочке, и в кольце пропускная способность стекового ин­терфейса разделяется всеми устройствами. Этого недостатка позволяет из­бежать построение стека с помощью специального матричного коммутато­ра, к которому подключаются объединяемые коммутаторы. Теоретически, пропускная способность такого стека ограничивается суммой пропускных способностей коммутаторов или суммой пропускных способностей их сте­ковых интерфейсов (меньшей из этих сумм). Однако это достигается це­ной применения дополнительного довольно дорогого устройства, которое тоже является единой точкой отказа стека. В отличие от стеков повторите­лей, которые могут быть и распределенными, стек коммутаторов практи­чески всегда локален – длина соединительных кабелей не превышает 0,5 – 1 м.

Рис. 11. Соединение коммутаторов в стек: а – цепочка,

б – кольцо, в – звезда

Производительность коммутаторов рассматривается в двух аспектах: макси­мальное количество обрабатываемых кадров за единицу времени (определяется производительностью процессоров коммутатора) и максимальное количество бит, пропускаемых за единицу времени (может ограничиваться производитель­ностью объединяющей шины и/или разделяемой буферной памяти). Однако, даже если пропускная способность коммутатора будет достаточно высокой, воз­можны перегрузки, если ряд портов будет состязаться за право передачи кадров в один из портов. При перегрузке буфер начнет переполняться и часть пакетов будет теряться без уведомления источника и получателя. Конечно, протоколы верхних уровней заметят пропажу кадров и организуют их повторную передачу, но это произойдет не быстро. В результате коммутатор может даже замедлить работу сетевых приложений (при формально высокой скорости передачи будет большое время отклика). По этой причине имеет смысл критичные узлы (напри­мер, серверы) подключать к высокоскоростным портам коммутатора. Как раз для этих целей многие модели коммутаторов имеют основную массу портов 10 Мбит/с и 1-2 порта 100 Мбит/с.

В полудуплексном режиме коммутатор может довольно просто бороться с перегрузками, притормаживая входные порты. Для этого он может специ­ально устраивать коллизии (тогда источник будет вынужден повторно пе­редавать кадр) или захватывать среду передачи по окончании очередного кадра чуть раньше, чем предписывает стандарт 802.3. Эти способы воздей­ствия называются обратным давлением и агрессивным поведением комму­татора.

 В полнодуплексном режиме обратное воздействие вышеописанными спосо­бами невозможно. Для регулирования потока в полнодуплексных вариан­тах Ethernet был принят стандарт IEEE 802.3x. Здесь определены служебные символы “приостановить передачу на определенное время” и “продол­жить передачу”, которые вводятся в виде кодов физического уровня. Пол­нодуплексные устройства (коммутаторы и сетевые адаптеры), поддержи­вающие 803.3х, обязаны реагировать на их появление.

Мосты и коммутаторы позволяют разбивать сеть на отдельные сегменты – домены коллизий. Это означает, что коллизии не распространяются за границы сегментов (хотя кадры, поврежденные коллизиями, рядом коммутаторов распро­страняются беспрепятственно). Однако широковещательные и многоадресные кадры при применении обычных прозрачных мостов (коммутаторов) будут пу­тешествовать по всей сети, вызывая ее нежелательную загрузку. Локализацию широковещательного и многоадресного трафика позволяют осуществлять интел­лектуальные коммутаторы, поддерживающие виртуальные локальные сети.

Топологические ограничения, относящиеся к сетям на повторителях, спра­ведливы для каждого домена коллизий. Сеть, построенная с применением обыч­ных мостов и коммутаторов, не должна иметь петель – между любой парой уз­лов в ней должен существовать только один путь.