Основные теоретические положения. Сетевой коммутатор или свитч (жарг

Сетевой коммутатор или свитч (жарг. от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик (на MAC-адрес FF: FF: FF: FF: FF: FF) всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались [1].

Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI, и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы [1].

Принцип работы коммутатора

Коммутатор хранит в памяти таблицу коммутации (хранящуюся в ассоциативной памяти), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя ещё не известен, то кадр будет продублирован на все интерфейсы. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется. Стоит отметить малую латентность и высокую скорость пересылки на каждом порту интерфейса [1].

Режимы коммутации

Существует три способа коммутации. Каждый из них — это комбинация таких параметров, как время ожидания и надёжность передачи.

С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю информацию в кадре, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него кадр.

Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок.

Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный. Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (кадр размером 64 байта обрабатываются по технологии store-and-forward, остальные по технологии cut-through).

Латентность, связанная с «принятием коммутатором решения», добавляется к времени, которое требуется кадру для входа на порт коммутатора и выхода с него и вместе с ним определяет общую задержку коммутатора.

Концентратор, который выполняет только пересылку кадра (не выполняет фильтрации и не принимает никаких решений) имеет лишь задержку, связанную с передачей кадра с одного порта на другой [1].

Симметричная и асимметричная коммутация

Свойство симметрии при коммутации позволяет дать характеристику коммутатора с точки зрения ширины полосы пропускания для каждого его порта. Симметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с одинаковой шириной полосы пропускания, например, когда все порты имеют ширину пропускания 10 Мб/с или 100 Мб/с.

Асимметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с различной шириной полосы пропускания, например, в случаях комбинации портов с шириной полосы пропускания 10 Мб/с и 100 Мб/с или 100 Мб/с и 1000 Мб/с.

Асимметричная коммутация используется в случае наличия больших сетевых потоков типа клиент-сервер, когда многочисленные пользователи обмениваются информацией с сервером одновременно, что требует большей ширины пропускания для того порта коммутатора, к которому подсоединен сервер, с целью предотвращения переполнения на этом порте. Для того, чтобы направить поток данных с порта 100 Мб/с на порт 10 Мб/с без опасности переполнения на последнем, асимметричный коммутатор должен иметь буфер памяти.

Асимметричный коммутатор также необходим для обеспечения большей ширины полосы пропускания каналов между коммутаторами, осуществляемых через вертикальные кросс-соединения или каналов между сегментами магистрали [1].

Буфер памяти

Для временного хранения пакетов и последующей их отправки по нужному адресу коммутатор может использовать буферизацию. Буферизация может быть также использована в том случае, когда порт пункта назначения занят. Буфером называется область памяти, в которой коммутатор хранит передаваемые данные.

Буфер памяти может использовать два метода хранения и отправки пакетов — буферизация по портам и буферизация с общей памятью. При буферизации по портам, пакеты хранятся в очередях (queue), которые связаны с отдельными входными портами. Пакет передается на выходной порт только тогда, когда все пакеты, находившиеся впереди него в очереди, были успешно переданы. При этом возможна ситуация, когда один пакет задерживает всю очередь из-за занятости порта его пункта назначения. Эта задержка может происходить даже в том случае, когда остальные пакеты могут быть переданы на открытые порты их пунктов назначения.

При буферизации в общей памяти, все пакеты хранятся в общем буфере памяти, который используется всеми портами коммутатора. Количество памяти, отводимой порту, определяется требуемым ему количеством. Такой метод называется динамическим распределением буферной памяти. После этого пакеты, находившиеся в буфере динамически распределяются по выходным портам. Это позволяет получить пакет на одном порте и отправить его с другого порта, не устанавливая его в очередь.

Коммутатор поддерживает карту портов, в которые требуется отправить пакеты. Очистка этой карты происходит только после того, как пакет успешно отправлен.

Поскольку память буфера является общей, размер пакета ограничивается всем размером буфера, а не долей предназначенной для конкретного порта. Это означает, что крупные пакеты, могут быть переданы с меньшими потерями, что особенно важно при асимметричной коммутации, т. е. когда порт с шириной полосы пропускания 100 Мб/с должен отправлять пакеты на порт 10 Мб/с [1].

Проведение работы

1. Установить IP адрес для «Рабочее место №1».

1.1 На рабочем столе нажать кнопку «Пуск» → «Панель управления» → «Сетевые подключения».

1.2 «Щелкнуть» правой кнопкой мыши на «Подключение по локальной сети» и выбрать «Свойства».

1.3 Выделить «Протокол интернета (TCP/IP)”, затем нажать кнопку «Свойства».

1.4 Выбрать «Использовать следующий IP - адрес». Ввести адрес 192.168.0.1. В поле «Маска подсети» ввести 255.255.255.0.

1.5 Нажать «ОК».

1.6 Нажать «ОК». Для установки адреса компьютеру может потребоваться несколько минут. При этом последнее окно может «повиснуть» на это время.

1.7 После того как последнее окно закроется настройка IP – адреса завершена.

2. Установить IP адрес для «Рабочее место №2».

2.1 На рабочем столе нажать кнопку «Пуск» → «Панель управления» → «Сетевые подключения».

2.2 «Щелкнуть» правой кнопкой мыши на «Подключение по локальной сети» и выбрать «Свойства».

2.3 Выделить «Протокол интернета (TCP/IP)”, затем нажать кнопку «Свойства».

2.4 Выбрать «Использовать следующий IP - адрес». Ввести адрес 192.168.0.2. В поле «Маска подсети» ввести 255.255.255.0.

2.5 Нажать «ОК».

2.6 Нажать «ОК». Для установки адреса компьютеру может потребоваться несколько минут. При этом последнее окно может «повиснуть» на это время.

2.7 После того как последнее окно закроется настройка IP – адреса завершена.

3. Установить IP адрес для «Рабочее место №3».

3.1 На рабочем столе нажать кнопку «Пуск» → «Панель управления» → «Сетевые подключения».

3.2 «Щелкнуть» правой кнопкой мыши на «Подключение по локальной сет» и выбрать «Свойства».

3.3 Выделить «Протокол интернета (TCP/IP)”, затем нажать кнопку «Свойства».

3.4 Выбрать «Использовать следующий IP - адрес». Ввести адрес 192.168.0.10. В поле «Маска подсети» ввести 255.255.255.0.

3.5 Нажать «ОК».

3.6 Нажать «ОК». Для установки адреса компьютеру может потребоваться несколько минут. При этом последнее окно может «повиснуть» на это время.

3.7 После того как последнее окно закроется настройка IP – адреса завершена.

4. Перевести «Рабочее место №1» в новую группу CLASS.

4.1 Щелкнуть правой кнопкой мыши на ярлыке «Мой компьютер», выбрать «Свойства».

4.2 Перейти на вкладку «Имя компьютера», нажать кнопку «Изменить».

4.3 В поле «Рабочая группа», ввести имя рабочей группы CLASS.

4.4 Нажать кнопку «ОК».

4.5 Нажать кнопку «ОК».

5. Перевести «Рабочее место №2» в новую группу CLASS.

4.1 Щелкнуть правой кнопкой мыши на ярлыке «Мой компьютер», выбрать «Свойства».

4.2 Перейти на вкладку «Имя компьютера», нажать кнопку «Изменить».

4.3 В поле «Рабочая группа», ввести имя рабочей группы CLASS.

4.4 Нажать кнопку «ОК».

4.5 Нажать кнопку «ОК».

6. Перевести «Рабочее место №3» в новую группу CLASS.

4.1 Щелкнуть правой кнопкой мыши на ярлыке «Мой компьютер», выбрать «Свойства».

4.2 Перейти на вкладку «Имя компьютера», нажать кнопку «Изменить».

4.3 В поле «Рабочая группа», ввести имя рабочей группы CLASS.

4.4 Нажать кнопку «ОК».

4.5 Нажать кнопку «ОК».

7. Подключить рабочие места в единую сеть.

7.1 Используя патчкорд, соединить двенадцатый порт патч-панели, расположенной горизонтально на рабочем месте №1 и третий порт патч-панели №2, расположенной на рабочем месте №2.

7.2 Используя патчкорд, соединить двенадцатый порт патч-панели, расположенной горизонтально на рабочем месте №2 и четвертый порт патч-панели №2.

7.3 Используя патчкорд, соединить двенадцатый порт патч-панели, расположенной горизонтально на рабочем месте №3 и пятый порт патч-панели №2, расположенной на рабочем месте №2.

8. Проверяем соединение на рабочем месте №1.

8.1 На рабочем столе нажать кнопку «Пуск» → «Выполнить».

8.2 В появившемся окне, в поле «Открыть», ввести «cmd». Нажать «Enter».

8.3 В командной строке ввести «ping 192.168.0.2». Нажать «Enter».

8.4 Проверить наличие соединения.

8.3 В командной строке ввести «ping 192.168.0.10». Нажать «Enter».

8.4 Проверить наличие соединения.

9. Проверяем соединение на рабочем месте №2.

9.1 На рабочем столе нажать кнопку «Пуск» → «Выполнить».

9.2 В появившемся окне, в поле «Открыть», ввести «cmd». Нажать «Enter».

9.3 В командной строке ввести «ping 192.168.0.1». Нажать «Enter».

9.4 Проверить наличие соединения.

9.3 В командной строке ввести «ping 192.168.0.10». Нажать «Enter».

9.4 Проверить наличие соединения.

10. Проверяем соединение на рабочем месте №3.

10.1 На рабочем столе нажать кнопку «Пуск» → «Выполнить».

10.2 В появившемся окне, в поле «Открыть», ввести «cmd». Нажать «Enter».

10.3 В командной строке ввести «ping 192.168.0.1». Нажать «Enter».

10.4 Проверить наличие соединения.

10.3 В командной строке ввести «ping 192.168.0.2». Нажать «Enter».

10.4 Проверить наличие соединения.

11. Вывод: Из пунктов 8, 9, 10 видно, что нам удалось соединить три рабочих места в единую сеть, используя коммутатор.

Контрольные вопросы

1. Что такое сетевой коммутатор или свитч

2. Принцип работы коммутатора.

3. Опишите, как строится таблица коммутации

4. Опишите режим коммутации с промежуточным хранением

5. Опишите сквозной режим коммутации

6. Опишите бесфрагментный режим коммутации

7. Различие между симметричной и асимметричной коммутацией.

8. Когда используется ассиметричная комутация

9. Опишите, как используется буфер памяти при коммутации

10. Охарактеризуйте буферизациию по портам

11. Охарактеризуйте буферизацию в общей памяти

Литература

1. www.wikipedia.org