Конструкции коммутаторов

Комбинированные коммутаторы

У каждой из описанных архитектур есть свои преимущества и недостатки, поэтому часто в сложных коммутаторах эти архитектуры применяются в комбинации друг с другом. Пример такого комбинирования приведен на рис. 8.

Рис. 8. Комбинирование архитектур коммутационной матрицы и общей шины

Коммутатор состоит из модулей с фиксированным количеством портов (2-12), выполненных на основе коммутационной матрицы. Если порты, между которыми нужно передать кадр данных, принадлежат одному модулю, то передача кадра осуществляется коммутационной матрицей. Если же порты принадлежат разным модулям, то процессоры общаются по общей шине. При такой архитектуре передача кадров внутри модуля будет происходить быстрее, чем при межмодульной передаче, так как коммутационная матрица - наиболее быстрый, хотя и наименее масштабируемый способ взаимодействия портов. Скорость внутренней шины коммутаторов может достигать нескольких Гбит/с, а у наиболее мощных моделей - до 20-30 Гбит/с.

Можно представить и другие способы комбинирования архитектур, например использование разделяемой памяти для взаимодействия модулей.

В конструктивном отношении коммутаторы делятся на 3 типа:

1. Автономные коммутаторы с фиксированным количеством портов - обычно предназначен для организации небольших рабочих групп. Это простые коммутаторы на основе матрицы.

2. Модульные коммутаторы на основе шасси чаще всего предназначены для применения на магистрали сети. Такой коммутатор – это единое устройство со встроенными в него модулями. Коммутаторы выполняются на основе какой-либо комбинированной схемы, в которой взаимодействие модулей организуется по быстродействующей шине или же на основе быстрой разделяемой памяти большого объема. Модули такого коммутатора выполняются на основе технологии «hot swap», то есть допускают замену на ходу, без выключения коммутатора, так как центральное коммуникационное устройство сети не должно иметь перерывов в работе. Шасси обычно снабжается резервированными источниками питания и резервированными вентиляторами в тех же целях.

3. Стековые коммутаторы - представляют собой коммутаторы, которые могут работать автономно, так как выполнены в отдельном корпусе, но имеют специальные интерфейсы, которые позволяют их объединять в общую систему, работающую как единый коммутатор. Говорят, что в этом случае отдельные коммутаторы образуют стек.

Обычно такой специальный интерфейс представляет собой высокоскоростную шину, которая позволяет объединить отдельные корпуса подобно модулям в коммутаторе на основе шасси. Так как расстояния между корпусами больше, чем между модулями на шасси, скорость обмена по шине обычно ниже, чем у модульных коммутаторов: 200-400 Мбит/с. Не очень высокие скорости обмена между коммутаторами стека обусловлены также тем, что стековые коммутаторы обычно занимают промежуточное положение между коммутаторами с фиксированным количеством портов и коммутаторами на основе шасси. Стековые коммутаторы применяются для создания сетей рабочих групп и отделов, поэтому сверхвысокие скорости шин обмена им не очень нужны и не соответствуют их ценовому диапазону.

Структура стека коммутаторов, соединяемых по скоростным специальным портам, показана на рис. 9.

Рис. 9. Стек коммутаторов, объединяемых по высокоскоростным каналам

Компания Cisco предложила другой подход к организации стека. Ее коммутатор Catalyst 3000 также имеет специальный скоростной интерфейс 280 Мбит/с для организации стека, но с его помощью коммутаторы соединяются не друг с другом, а с отдельным устройством, содержащим коммутационную матрицу 8х8, организующую более высокопроизводительный обмен между любыми парами коммутаторов.

Существуют коммутаторы, которые позволяют объединить два коммутатора полнодуплексным каналом более чем по одной паре портов. Например, коммутаторы модели 28115 компании Nortel Networks имеют по два порта Fast Ethernet, с помощью которых можно соединять коммутаторы, образуя полнодуплексный канал с производительностью 400 Мбит/с (рис. 10).

Рис. 10.Транковое полнодуплексное соединение коммутаторов 28115 Nortel Networks

Такие соединения называются транковыми и являются частной разработкой каждой компании, выпускающей коммуникационное оборудование, так как нарушают не только логику доступа к разделяемым средам, но и топологию соединения мостов, запрещающую петлевидные контуры (а такой контур всегда образуется при соединении коммутаторов более чем одной парой портов). При соединении коммутаторов разных производителей транк работать не будет, так как каждый производитель добавляет к логике изучения адресов сети коммутатором по транковой связи что-то свое, чтобы добиться от него правильной работы.

Выводы:

Есть 3 основные архитектуры коммутаторов и их комбинации:

· 1. Коммутаторы на основе матрицы – порты соединяются переключателями. Самая простая и скоростная архитектура. Ограничения: количество портов фиксировано, нет промежуточной буферизации для решения проблемы перегрузки портов.

· 2. Коммутаторы с общей шиной – шина играет роль разделяемой среды для портов, по которой порты передают кадры порциями через заданные промежутки времени. Передача с заданной скоростью не перегружает выходные порты, но есть возможность переполнения буферов входных. Портов. Более медленные, чем на основе матрицы т.к. передача по шине идет с интервалами. Шина более скоростная, чем порты.

· 3. Коммутаторы с общей памятью - передача кадров между портами выполняется менеджером, который сначала кадры размещает в общей памяти по очередям к выходным портам, а затем передает кадры из очередей в выходные порты. Из-за промежуточной буферизации - самые медленные из всех 3 типов, но сглаживают неравномерности потоков кадров, за счет чего оказываюися самыми быстрыми при больших пульсациях потоков.

· Комбинированные – блоки с матрицами соединяются на основе общей шины или общей памяти. Порты, подсоединенные к одной матрице, передают друг другу с большой скоростью, а подсоединенные к разным – с более медленной. Наиболее используемые сегодня т.к. более гибкие к разным условиям передачи.

Есть 3 типа конструкций коммутаторов:

· Автономные коммутаторы с фиксированным количеством портов - это коммутаторы для локальных небольших сетей на основе матрицы.

· Модульные коммутаторы на основе шасси – для глобальных магистралей. Это комбинированные коммутаторы с общей шиной или общей памятью, где блоки с матрицей – это отдельные модули, подключаемые или отключаемые динамически.

· Стековые коммутаторы – аналогичны по архитектуре модульным, но модули - это не отдельные части одного коммутатора, а самостоятельные коммутаторы со скоростными портами для связи друг с другом. Поэтому скорость связи их более медленная, чем у модульных, но они могут устанавливаться в любом количестве на разных расстояниях и работать почти независимо друг от друга. Есть вариант управления связи между ними через специальный коммутатор на основе матрицы.

Вопросы для самостоятельной работы:

1. Различие полудуплексного и полнодуплексного режимов. Решение проблем переполнения (затопления) портов в обеих режимах.

2. Опишите 3 основные архитектуры коммутаторов и их комбинации. Какие конструкции коммутаторов существуют на основе этих архитектур?

Дата добавления: 2014-12-07