Методи комутації кадрів Ethernet

В сучасних ЛОМ Ethernet все більш широке вживання знаходять комутатори, що забезпечують багатократне зростання мережної продуктивності, звуження областей розповсюдження широкомовного трафіку, зменшення часу відгуку серверних додатків і інші переваги. Велике число представлених на сучасному ринку комутаторів різних типів і класів утрудняє мережним адміністраторам вибір конкретних пристроїв і моделей. Для того, щоб вибір був більш осмисленим і ефективним слід хоча б у загальних рисах представляти алгоритми комутації, що використовуються в різних пристроях і коротко описані тут.

В самому загальному випадку комутатор є багато портовим мостом.

Величина затримки кадрів при проходженні через комутатор і можливості відкидання кадрів, що містять помилки, залежать від методу комутації, що використовується. Більш швидкісні методи комутації не проводять контролю помилок і кадри з некоректними значеннями контрольної суми, пошкоджені в результаті колізій кадри і т.п. без перешкод проходять через такі комутатори. Відсутність контролю помилок забезпечує зниження затримки при передачі кадрів через комутатор. Інтегральна продуктивність (пропускна спроможність) комутатора напряму не залежить від методу комутації, але в результаті обробки помилкових або виникнення блокування продуктивність може істотно знижуватися. Тому виділяють наступні технології комутації , які описані нижче.

Комутація з проміжною буферизацією (Store and forward)

При використовуванні цього методу комутатор повинен прийняти кадр повністю перед тим, як цей кадр буде направлений в інший порт. Для прийнятих кадрів здійснюється обчислення контрольної суми (CRC) і порівняння отриманого значення з полем CRC в прийнятому кадрі. При виявленні невідповідності значень кадр відкидається як помилковий. Відкидаються також кадри некоректних розмірів (менше 64 байтів і більше 1518 байтів). Час затримки в таких комутаторах росте майже пропорційно розміру кадру, оскільки кожний додатковий байт кадру приводить до зростання часу на буферизацію і обчислення контрольної суми. Перевагою комутаторів такого типу є відкидання помилкових кадрів (наприклад, кадрів, які були передані при виникненні колізії). Крім того, проміжна буферизація кадрів дозволяє створювати комутатори, інтерфейси яких можуть працювати з різними швидкостями (наприклад, 10 і 100 Мбіт/с)

Комутація "на льоту" (Cut-through)

При комутації "на льоту" передача кадру у вихідний порт починається практично зразу ж після початку прийому кадру вхідним портом: перевірки контрольної суми і розмірів кадрів не проводиться. Для того, щоб почати передачу кадру комутатору достатньо прийняти адресу одержувача кадру (вона знаходиться на початку заголовка), який дозволяє визначити вихідний порт (по таблиці MAC-адрес). Час затримки для комутаторів цього типу не залежить від розмірів кадру, оскільки передача кадру у вихідний порт починається відразу після прочитання MAC-адреси одержувача, який має фіксований зсув від початку кадру. До недоліків таких комутаторів відноситься неможливість підтримки інтерфейсів, що працюють з різними швидкостями.

Безфрагментна комутація (Fragment-Free)

Цей метод комутації є розвитком варіанту комутації "на льоту". Основна відмінність між двома методами полягає в тому, що при безфрагментній комутації передача кадру у вихідний порт починається лише після прийому перших 64 байтів кадру. В результаті аналізу цих 64 байт можна знайти більшість помилкових кадрів (перш за все, фрагментів, що утворилися в результаті колізій). Таке рішення дозволяє відкинути більшість помилкових кадрів практично без зростання затримки на обробку в комутаторі. Проте комутатори цього типу також не дозволяють використовувати в одному пристрої інтерфейси, що працюють з різними швидкостями.

Гібридна комутація (Hybrid)

Деякі комутатори здатні підтримувати 2 або 3 методи, перераховані вище. Для визначення методу комутації стосовно окремо взятого кадру можуть використовуватися достатньо витончені алгоритми. Комутатори цього типу дозволяють скористатися перевагами будь-якого з перерахованих вище методів.

Ще однією особливістю комутаторів є можливість виконувати мікро сегментацію , тобто можливість встановлення між двома портами віртуального каналу, що зводить можливість виникнення колізій до нуля. Для того, щоби правильно працювати , при початковому ввімкненні комутатори вивчають МАС адреси пристроїв, які до них підключені і будують таблицю комутації, що значно прискорює їх роботу.

Також комутатори поділяють на пасивні та інтелектуальні. Останні мають великий об’єм спеціальних можливостей і додаткових функцій, що суттєво спрощує життя системному адміністратору.