Коммутирующие концентраторы
Коммутирующие концентраторы (Switched Hubs), они же коммутаторы или переключатели, могут рассматриваться как простейший и очень быстрый мост. Они позволяют разделить единую сеть на несколько сетей для увеличения допустимого размера сети или для снижения нагрузки в отдельных ее частях. В отличие от мостов, коммутаторы не принимают пакеты, а только переправляют их из одной части сети в другую. Никакой обработки пакетов при этом не производится, поэтому коммутаторы не замедляют обмена по сети, но они не могут преобразовывать формат пакета и его протокола. Коллизии коммутатором не ретранслируются, что также выгодно отличает его от репитерного концентратора.
Kонцентратор передает каждый входящий пакет через все порты, а коммутатор направляет его только на порт, обеспечивающий доступ к целевой системе.
Коммутатор (switch) является многопортовым устройством канального уровня (второй уровень справочной модели OSI). Коммутатор «изучает» МАС-адреса и накапливает данные о них во внутренней таблице. Между автором кадра и предполагаемым получателем коммутатор создает временное соединение, по которому и передается кадр. В стандартной локальной сети, реализующей коммутируемую топологию, все соединения устанавливаются через коммутирующий концентратор (switching hub). Каждому порту, а, следовательно, и подключенному к порту устройству, выделена собственная полоса пропускания. Первоначально принцип действия коммутаторов основывался на передаче кадров в соответствии с МАС-адресами, однако технологический прогресс внес свои коррективы. Современные устройства в состоянии коммутировать ячейки (пакеты кадров, имеющие фиксированную длину и соответствующие второму уровню структуры передачи данных). Кроме того, коммутаторы поддерживают протоколы третьего уровня, а также распознают IP-адреса и физические порты коммутатора-концентратора. Коммутаторы локальных сетей поддерживают следующие стандарты:
- Ethernet;
- Fast Ethernet;
- Gigabit Ethernet;
- 10 Gigabit Ethernet;
- Token Ring;
- Fast Token Ring;
- FDDI;
- ATM.
Одной из наиболее распространенных задач, решаемой при помощи механизмов коммутации, является уменьшение вероятности конфликтов и повышение пропускной способности локальных сетей Ethernet. Коммутаторы сетей Ethernet, используя свои таблицы МАС-адресов, определяют порты, которые должны получить конкретные данные. Поскольку каждый порт подключен к сегменту, содержащему только один узел, то этот узел и сегмент получают в свое распоряжение всю полосу пропускания (10 или 100 Мбит/с, 1 или 10 Гбит/с), т. к. другие узлы отсутствуют, при этом вероятность конфликтов уменьшается. Другой распространенной областью применения коммутаторов являются сети с маркерным кольцом. Коммутатор Token Ring может выполнять только функции моста на канальном уровне или работать как мост с маршрутизацией от источника на Сетевом уровне.
Примечание
Хотя в некоторых случаях спецификации IEEE позволяют подключить два узла к сегменту концентратора или коммутатора Ethernet, сетевые администраторы обычно используют только один узел, позволяя тем самым повысить пропускную способность сети с помощью методов коммутации.
Переключаясь непосредственно к тому сегменту, который должен получать данные, коммутаторы могут значительно увеличить пропускную способность сети без модернизации существующей передающей среды. Рассмотрим для примера не имеющий возможности коммутации концентратор Ethernet, к которому подключены восемь сегментов 10 Мбит/с. Скорость работы этого концентратора никогда не превысит 10 Мбит/с, поскольку в каждый момент времени он может передавать данные только в один сегмент. Если концентратор заменить коммутатором Ethernet, общая пропускная способность сети увеличится в восемь раз, т. е. до 80 Мбит/с, поскольку коммутатор может посылать пакеты в каждый сегмент практически одновременно. В настоящее время коммутаторы не намного дороже концентраторов, поэтому с их помощью проще всего повысить скорость работы сети с высоким трафиком.
Выпускаются управляемые коммутаторы, которые, как и управляемые концентраторы, имеют «интеллектуальные» способности. Для многих сетей имеет смысл потратить дополнительные средства на приобретение управляемых коммутаторов, поддерживающих протокол SNMP, что позволит повысить степень управления и мониторинга сети. Некоторые коммутаторы также могут поддерживать технологию виртуальных локальных сетей (Virtual LAN, VLAN). Эта технология, описанная стандартами IEEE 802.1q, представляет собой программный метод деления сети на подсети, не зависящие от ее физической топологии и содержащие логические группы. Члены рабочей группы VLAN могут располагаться в физически удаленных сетевых сегментах, однако их можно объединить в один логический сегмент с помощью программного обеспечения и коммутаторов VLAN, маршрутизаторов и других сетевых устройств. Лучше всего для реализации сетей VLAN использовать маршрутизирующие коммутаторы, поскольку они позволяют уменьшить издержки на управление сетью, что объясняется их умением маршрутизировать пакеты между подсетями. Коммутаторы Уровня 2 в сети VLAN требуют, чтобы порты коммутаторов были связаны с МАС-адресами, что усложняет управление сетью VLAN.