Convergencia de una secuencia de variables aleatorias. Débil convergencia de distribuciones.

Kalpana introdujo la tecnología de conmutación de segmentos Ethernet en 1990 en respuesta a la creciente necesidad de un mayor ancho de banda entre servidores de alto rendimiento y segmentos de estaciones de trabajo.

El diagrama de bloques del conmutador EtherSwitch propuesto por Kalpana se muestra en la Fig. 4.23.

Arroz. 4.23. Estructura Ka1rapa EtherSwitch

Cada uno de los 8 puertos 10Base-T cuenta con un procesador de paquetes Ethernet: EPP (Procesador de paquetes Ethernet). Además, el conmutador tiene un módulo de sistema que coordina el funcionamiento de todos los procesadores EPP. El módulo del sistema mantiene la tabla de direcciones generales del conmutador y proporciona gestión del conmutador a través del protocolo SNMP. Para transferir tramas entre puertos, se utiliza una estructura de conmutador, similar a las que se encuentran en los conmutadores telefónicos o las computadoras multiprocesador, que conectan múltiples procesadores a múltiples módulos de memoria.

La matriz de conmutación funciona según el principio de conmutación de circuitos. Para 8 puertos, la matriz puede proporcionar 8 canales internos simultáneos cuando los puertos operan en modo half-duplex y 16 en modo full-duplex, cuando el transmisor y el receptor de cada puerto operan independientemente uno del otro.

Cuando una trama llega a cualquier puerto, el procesador EPP almacena en buffer los primeros bytes de la trama para leer la dirección de destino. Después de recibir la dirección de destino, el procesador decide inmediatamente transmitir el paquete, sin esperar a que lleguen los bytes restantes de la trama. Para hacer esto, busca en su propia tabla de direcciones caché y, si no encuentra la dirección requerida allí, recurre al módulo del sistema, que opera en modo multitarea, atendiendo solicitudes de todos los procesadores EPP en paralelo. El módulo del sistema escanea la tabla de direcciones generales y devuelve la línea encontrada al procesador, que almacena en su caché para su uso posterior.

Después de encontrar la dirección de destino, el procesador EPP sabe qué hacer a continuación con la trama entrante (mientras miraba la tabla de direcciones, el procesador continuó almacenando en el buffer los bytes de la trama que llegaban al puerto). Si es necesario filtrar una trama, el procesador simplemente deja de escribir bytes de trama en el búfer, lo borra y espera a que llegue una nueva trama.

Si la trama necesita transmitirse a otro puerto, entonces el procesador accede a la matriz de conmutación e intenta establecer en ella una ruta que conecte su puerto con el puerto por donde pasa la ruta a la dirección de destino. La estructura de conmutación solo puede hacer esto si el puerto de la dirección de destino está libre en ese momento, es decir, no está conectado a otro puerto.

Si el puerto está ocupado, entonces, como en cualquier dispositivo de conmutación de circuitos, la matriz rechaza la conexión. En este caso, el procesador del puerto de entrada almacena completamente la trama, después de lo cual el procesador espera a que el puerto de salida quede libre y que la matriz de conmutación forme la ruta requerida.

Una vez establecida la ruta deseada, los bytes almacenados en el buffer de la trama se le envían y el procesador del puerto de salida los recibe. Tan pronto como el procesador del puerto de salida accede al segmento Ethernet conectado a él mediante el algoritmo CSMA/CD, los bytes de la trama comienzan a transmitirse inmediatamente a la red. El procesador del puerto de entrada almacena permanentemente varios bytes de la trama recibida en su búfer, lo que le permite recibir y transmitir bytes de trama de forma independiente y asíncrona (Figura 4.24).

Arroz. 4.24. Transmisión de cuadros a través de tejido de interruptor.

Cuando el puerto de salida estaba libre en el momento de la recepción de la trama, el retraso entre la recepción del primer byte de la trama por parte del conmutador y la aparición del mismo byte en la salida del puerto de dirección de destino fue de solo 40 μs para el Kalpana. interruptor, que era mucho menor que el retraso de la trama cuando era transmitida por un puente.

El método descrito para transmitir una trama sin almacenarla completamente en el búfer se denomina conmutación "sobre la marcha" o "de corte". Este método es, de hecho, el procesamiento en canalización de una trama, cuando varias etapas de su transmisión se combinan parcialmente en el tiempo (Fig. 4.25).

Arroz. 4.25. Ahorro de tiempo durante el procesamiento del frame pipeline: A- procesamiento de cintas transportadoras; b- procesamiento normal con almacenamiento en búfer completo

1. Recepción de los primeros bytes de la trama por parte del procesador del puerto de entrada, incluida la recepción de los bytes de la dirección de destino.

2. Busque la dirección de destino en la tabla de direcciones del conmutador (en la memoria caché del procesador o en tabla general módulo del sistema).

3. Cambio de matriz.

4. Recepción de los bytes restantes de la trama por parte del procesador del puerto de entrada.

5. Recepción de bytes de trama (incluido el primero) por parte del procesador del puerto de salida a través de la matriz de conmutación.

6. Obtener acceso al entorno mediante el procesador del puerto de salida.

7. Transmisión de bytes de trama por el procesador del puerto de salida a la red.

Las etapas 2 y 3 no se pueden combinar en el tiempo, ya que sin conocer el número del puerto de salida, la operación de conmutación de matriz no tiene sentido.

En comparación con el modo de almacenamiento en búfer de fotograma completo, que también se muestra en la Fig. 4.25, los ahorros derivados de la transportadorización son notables.

Sin embargo, la razón principal para mejorar el rendimiento de la red cuando se utiliza un conmutador es paralelo Procesando múltiples fotogramas.

Este efecto se ilustra en la Fig. 4.26. La figura muestra una situación ideal en términos de aumento de rendimiento cuando cuatro de ocho puertos transmiten datos a una velocidad máxima de 10 Mb/s para el protocolo Ethernet y transmiten estos datos a los cuatro puertos restantes del conmutador sin conflictos: datos Los flujos entre los nodos de la red se distribuyen de modo que cada puerto receptor de tramas tenga su propio puerto de salida. Si el conmutador logra procesar el tráfico de entrada incluso con la máxima intensidad de tramas que llegan a los puertos de entrada, entonces el rendimiento general del conmutador en el ejemplo anterior será 4*10 = 40 Mbit/s, y al generalizar el ejemplo para N puertos - (N/2)*l0 Mbit/s Con. Se dice que un conmutador proporciona a cada estación o segmento conectado a sus puertos un ancho de banda de protocolo dedicado.

Naturalmente, la red no siempre tiene la situación que se muestra en la Fig. 4.26. Si dos estaciones, por ejemplo estaciones conectadas a puertos 3 Y 4, simultáneamente necesita escribir datos en el mismo servidor conectado al puerto 8, entonces el conmutador no podrá asignar un flujo de datos de 10 Mbit/s a cada estación, ya que el puerto 8 no puede transmitir datos a 20 Mbps. Las tramas de estación esperarán en colas internas de los puertos de entrada. 3 Y 4, cuando el puerto quede libre 8 para transmitir la siguiente trama. Evidentemente, una buena solución para esta distribución de flujos de datos sería conectar el servidor a un puerto de mayor velocidad, como por ejemplo Fast Ethernet.

Arroz. 4.26. Transmisión de cuadros en paralelo mediante interruptor

Dado que la principal ventaja de un conmutador, gracias a la cual ha conquistado muy buenas posiciones en las redes locales, es su alto rendimiento, los desarrolladores de conmutadores están intentando producir los llamados sin bloqueo cambiar de modelo.

Un conmutador sin bloqueo es aquel que puede transmitir tramas a través de sus puertos a la misma velocidad que llegan a ellos. Naturalmente, ni siquiera un conmutador sin bloqueo puede resolver durante un largo período de tiempo situaciones como la descrita anteriormente, cuando las tramas se bloquean debido a la velocidad limitada del puerto de salida.

Por lo general, se refieren a un modo de funcionamiento estable y sin bloqueo del conmutador, cuando el conmutador transmite tramas a su velocidad de llegada durante un período de tiempo arbitrario. Para garantizar dicho modo, es naturalmente necesario distribuir los flujos de tramas a través de los puertos de salida para que puedan hacer frente a la carga y el conmutador siempre pueda, en promedio, transmitir tantas tramas a las salidas como llegaron a las entradas. Si el flujo de cuadros de entrada (sumado de todos los puertos) excede en promedio el flujo de cuadros de salida (también sumado de todos los puertos), entonces los cuadros se acumularán en la memoria intermedia del conmutador y, si se excede su capacidad, simplemente se descartarán. Para garantizar el modo sin bloqueo del interruptor, es necesario realizar suficientes condición simple:

Cк= (∑ Ipc)/2,

donde Ck es el rendimiento del conmutador, Cpi es el rendimiento máximo del protocolo admitido por el i-ésimo puerto del conmutador. El rendimiento total de los puertos tiene en cuenta cada trama que pasa dos veces: como trama entrante y como trama saliente, y dado que en modo estable el tráfico de entrada es igual al tráfico de salida, el rendimiento mínimo del conmutador es suficiente para admitir el modo sin bloqueo. es igual a la mitad del rendimiento total del puerto. Si el puerto funciona en modo semidúplex, por ejemplo Ethernet de 10 Mbit/s, entonces el rendimiento del puerto Cpi es de 10 Mbit/s, y si está en modo dúplex completo, entonces su Cpi será de 20 Mbit/s.

A veces se dice que el interruptor admite el modo instantáneo sin bloqueo. Esto significa que puede recibir y procesar tramas de todos sus puertos a la máxima velocidad de los protocolos, independientemente de que se cumplan las condiciones de equilibrio estable entre el tráfico entrante y saliente. Es cierto que el procesamiento de algunas tramas puede estar incompleto: cuando el puerto de salida está ocupado, la trama se coloca en el búfer del conmutador. Para admitir el modo instantáneo sin bloqueo, el conmutador debe tener un mayor rendimiento nativo, es decir, debe ser igual al rendimiento total de sus puertos:

El primer interruptor para redes locales No fue casualidad que apareciera para la tecnología Ethernet. Además de la razón obvia asociada con la mayor popularidad de las redes Ethernet, había otra razón no menos importante: esta tecnología sufre más que otras una mayor latencia para el acceso al medio a medida que aumenta la carga del segmento. Por lo tanto, los segmentos Ethernet en redes grandes necesitaban principalmente un medio de descarga. cuellos de botella redes, y esta herramienta se convirtió en conmutadores de Kalpana y luego de otras empresas.

Algunas empresas han comenzado a desarrollar tecnología de conmutación para mejorar el rendimiento de otras tecnologías LAN, como Token Ring y FDDI. Estos conmutadores admitían algoritmos de puenteo transparente y de puente enrutado en origen. La organización interna de los conmutadores de diferentes fabricantes a veces era muy diferente de la estructura del primer EtherSwitch, pero el principio de procesamiento paralelo de tramas en cada puerto se mantuvo sin cambios.

Sin duda, el uso generalizado de conmutadores se vio facilitado por el hecho de que la introducción de la tecnología de conmutación no requirió la sustitución de los equipos instalados en las redes: adaptadores de red, concentradores, sistemas de cable. Los puertos del conmutador funcionaban en modo semidúplex normal, por lo que era posible conectar de forma transparente tanto un nodo final como un concentrador que les organizaba un segmento lógico completo.

Dado que los conmutadores y puentes son transparentes para los protocolos de capa de red, su aparición en la red no tuvo ningún impacto en los enrutadores de la red, si los hubiera.

La conveniencia de utilizar el conmutador también radica en el hecho de que es un dispositivo de autoaprendizaje y, si el administrador no lo carga funciones adicionales, no es necesario configurarlo; solo necesita conectar correctamente los conectores del cable a los puertos del conmutador, y luego funcionará de forma independiente y realizará de manera efectiva su tarea de aumentar el rendimiento de la red.

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Ahora, en una época en la que todo tipo de aparatos y dispositivos electrónicos abruman el entorno de vida de una persona común y corriente, el problema urgente es cómo vincular todos estos dispositivos inteligentes entre sí. Casi todos los apartamentos tienen TV, computadora/portátil, impresora, escáner, sistema de sonido, y quiero coordinarlos de alguna manera, y no tirarlos numero infinito información a través de memorias USB, sin enredarse en interminables kilómetros de cables. La misma situación se aplica a las oficinas, con un número considerable de ordenadores y MFP u otros sistemas a los que es necesario conectar. diferentes representantes comunidad electrónica en un solo sistema. De aquí surge la idea de construir una red local. Y la base de una red local bien organizada y estructurada es un conmutador de red.



DEFINICIÓN

También se utilizan otros dispositivos para construir redes locales: concentradores (hubs) y enrutadores (enrutadores). De inmediato, para evitar confusiones, conviene señalar las diferencias entre ellos y el switch.

Concentrador (también conocido como hub)– es el progenitor del interruptor. El uso de hubs en realidad es cosa del pasado, debido al siguiente inconveniente: si la información llegaba a uno de los puertos del hub, inmediatamente la transmitía a otros, “obstruyendo” la red con exceso de tráfico. Pero de vez en cuando todavía se encuentran, sin embargo, entre los equipos de red modernos se parecen a los vagones autopropulsados ​​de principios del siglo XX entre los coches eléctricos modernos.

Enrutadores- dispositivos con los que los interruptores a menudo se confunden debido a su apariencia similar, pero tienen una gama más amplia de capacidades operativas y, por lo tanto, un costo mayor. Se trata de una especie de microcomputadoras de red con las que puede configurar completamente la red registrando todas las direcciones de los dispositivos y aplicando algoritmos operativos lógicos, por ejemplo, protección de la red.

Los conmutadores y concentradores se utilizan con mayor frecuencia para organizar redes locales, los enrutadores se utilizan para organizar una red conectada a Internet. Sin embargo, cabe señalar que ahora los límites entre conmutadores y enrutadores se están difuminando gradualmente: se están produciendo conmutadores que requieren configuración y funcionan con direcciones registradas de dispositivos de red local. Pueden funcionar como enrutadores, pero suelen ser dispositivos caros que no son para uso doméstico.
La opción de configuración más sencilla y económica para una red local doméstica de tamaño mediano (con más de 5 objetos), con conexión a Internet, contendrá tanto un conmutador como un enrutador:

CARACTERÍSTICAS DE LA OBRA

• Tipo de interruptor – gestionado, no gestionado y personalizable.

1. Conmutadores no administrados: no admiten protocolos de administración de red. Son los más simples, no requieren configuraciones especiales y son económicos: de 440 a 2990 rublos. La solución óptima para una pequeña red local. Incluso una persona alejada de estos asuntos puede encargarse de ensamblar una red local basada en ellos; solo necesita comprar el interruptor en sí, cables de la longitud requerida para conectar el equipo (preferiblemente en forma de cable de conexión, es decir, "con enchufes” ensamblados - no lo olvide Antes de comprar, inspeccione el equipo al que se conectará el cable y aclare qué tipo de conector necesitará) y ensamble la red. La configuración más sencilla se describe en la documentación del dispositivo.
2. Conmutadores administrados: admiten protocolos de administración de red, tienen un diseño más complejo, ofrecen una funcionalidad más amplia: utilizando una interfaz WEB o programas especializados, se pueden administrar especificando los parámetros de la red conectada a ellos, las prioridades de los dispositivos individuales, etc. Es este tipo de conmutadores los que pueden sustituir a los enrutadores. El precio de estos dispositivos oscila entre 2.499 y 14.490 rublos. este tipo Los conmutadores son de interés para redes locales especializadas: videovigilancia, red industrial, red de oficinas.
3. Los conmutadores configurables son dispositivos que admiten algunas configuraciones (por ejemplo, configurar VLAN (creación de subgrupos)), pero aún son inferiores en muchos aspectos a los conmutadores administrados. Los conmutadores configurables pueden ser administrados o no administrados.

• Colocación del interruptor – puede ser de tres tipos:

1. Escritorio: un dispositivo compacto que simplemente se puede colocar sobre una mesa;
2. Montado en la pared: un pequeño dispositivo que, por regla general, se puede colocar tanto en una mesa como en la pared; para este último se proporcionan ranuras/soportes especiales;
3. Montable en bastidor: un dispositivo con ranuras previstas para montar equipos de red en bastidor, pero que normalmente también se puede colocar en un escritorio.

• Tarifa de datos básica – la velocidad a la que opera cada uno de los puertos del dispositivo. Como regla general, en los parámetros del conmutador se indican varios números, por ejemplo: 10/100 Mbit/s: esto significa que el puerto puede funcionar a velocidades de 10 Mbit/s y 100 Mbit/s, ajustándose automáticamente a la velocidad del fuente de datos. Se presentan modelos con velocidad básica:

• Número total de puertos de conmutador – uno de los principales parámetros, en principio, es el que más influye en la configuración de la red local, porque; determina cuánto equipo puede conectar. El rango es de 5 a 48 puertos. Los conmutadores con un número de puertos de 5 a 15 son los más interesantes para construir una red doméstica pequeña; los dispositivos con un número de puertos de 15 a 48 están destinados a configuraciones más serias.

• – puertos que soportan velocidades de 100 Mbit/s, a veces hasta 48;
• Número de puertos con una velocidad de 1 Gbit/s – puertos que soportan velocidades de 1 Gbit/s – lo cual es especialmente importante para la transferencia de datos de alta velocidad, hasta 48;
• Soporte PoE – si existe tal parámetro, significa que un dispositivo conectado a un puerto con esta opción puede ser alimentado a través de un cable de red (par trenzado), sin ningún efecto sobre la señal de información transmitida. La función es especialmente atractiva para conectar dispositivos a los que no es deseable o imposible conectar un cable de alimentación adicional, por ejemplo, para cámaras WEB.
• Puertos SFP – puertos de conmutador para comunicación con dispositivos de nivel superior o con otros conmutadores. En comparación con los puertos normales, puede admitir la transmisión de datos de más largas distancias(un puerto estándar con un conector RJ-45 y un cable de par trenzado conectado admite la transmisión dentro de 100 m). Este puerto no está equipado con un transceptor, es solo una ranura a la que puede conectar un módulo SFP, que es un transceptor externo para conectar el cable requerido: par trenzado óptico.

• Velocidad del servicio de paquetes – una característica que indica el rendimiento del equipo, medido en millones de paquetes por segundo – MPps. Por regla general se entienden paquetes de 64 bytes (a especificar por el fabricante). El valor de esta característica de varios dispositivos oscila entre 1,4 y 71,4 Mpps.

• pequeña red local doméstica, incluidos, por ejemplo, varias computadoras, una impresora, un televisor y un sistema estéreo (siempre que todo el equipo admita una conexión de red);

El conmutador es uno de los dispositivos más importantes utilizados en la construcción de una red local. En este artículo hablaremos sobre qué son los conmutadores y nos centraremos en las características importantes que se deben tener en cuenta al elegir un conmutador de red local.

Primero, veamos el diagrama de bloques general para comprender qué lugar ocupa el conmutador en la red local empresarial.

La imagen de arriba muestra los más comunes. diagrama de bloques pequeña red local. En este tipo de redes locales se utilizan normalmente conmutadores de acceso.

Los conmutadores de acceso están conectados directamente a los usuarios finales, proporcionándoles acceso a los recursos de la red local.

Sin embargo, en grandes redes locales, los conmutadores realizan las siguientes funciones:

Nivel de acceso a la red. Como se mencionó anteriormente, los conmutadores de acceso proporcionan puntos de conexión para los dispositivos del usuario final. En grandes redes locales, las tramas de los conmutadores de acceso no se comunican entre sí, sino que se transmiten a través de conmutadores de distribución.

Nivel de distribución. Los conmutadores de esta capa reenvían el tráfico entre conmutadores de acceso, pero no interactúan con los usuarios finales.

Nivel del núcleo del sistema. Dispositivos de este tipo combinan canales de transmisión de datos desde conmutadores de nivel de distribución en grandes redes locales territoriales y proporcionan muy alta velocidad cambiar flujos de datos.

Los interruptores son:

Conmutadores no administrados. Se trata de dispositivos autónomos ordinarios en una red local que gestionan la transmisión de datos de forma independiente y no tienen la capacidad configuraciones adicionales. Debido a su facilidad de instalación y su bajo precio, se utilizan ampliamente para su instalación en hogares y pequeñas empresas.

Conmutadores administrados. Dispositivos más avanzados y caros. Permiten al administrador de la red configurarlos de forma independiente para tareas específicas.

Los conmutadores administrados se pueden configurar de una de las siguientes maneras:

A través del puerto de consola A través de interfaz WEB

A través de Telnet a través del protocolo SNMP

Vía SSH

Cambiar niveles

Todos los interruptores se pueden dividir en niveles de modelo. OSI . Cuanto más alto sea este nivel, más grandes oportunidades El cambio, sin embargo, su coste será significativamente mayor.

Conmutadores de capa 1. Este nivel incluye concentradores, repetidores y otros dispositivos que operan a nivel físico. Estos dispositivos estuvieron presentes en los albores del desarrollo de Internet y actualmente no se utilizan en la red local. Habiendo recibido una señal, un dispositivo de este tipo simplemente la transmite a todos los puertos excepto al puerto del remitente.

Conmutadores de capa 22). Este nivel incluye conmutadores no administrados y algunos administrados ( cambiar ) trabajando en el nivel de enlace del modelo OSI . Los conmutadores de segundo nivel funcionan con marcos: marcos: un flujo de datos dividido en porciones. Una vez recibida la trama, el conmutador de capa 2 lee la dirección del remitente de la trama y la ingresa en su tabla. IMPERMEABLE direcciones, haciendo coincidir esta dirección con el puerto en el que recibió esta trama. Gracias a este enfoque, los conmutadores de Capa 2 reenvían datos solo al puerto de destino, sin crear tráfico excesivo en otros puertos. Los conmutadores de capa 2 no entienden IP Direcciones ubicadas en el tercer nivel de red del modelo. OSI y trabajar sólo a nivel de enlace.

Los conmutadores de capa 2 admiten los protocolos más comunes, como:

IEEE 802.1 q o VLAN Redes locales virtuales. Este protocolo le permite crear redes lógicas separadas dentro de la misma red física.

Por ejemplo, dispositivos conectados al mismo conmutador, pero ubicados en diferentes VLAN no se verán y podrán transmitir datos solo en su propio dominio de transmisión (dispositivos de la misma VLAN). Entre sí, las computadoras en la figura anterior podrán transmitir datos utilizando un dispositivo que funcione en el tercer nivel con IP direcciones: enrutador.

IEEE 802.1p (etiquetas de prioridad ). Este protocolo está presente de forma nativa en el protocolo. IEEE 802.1q y es un campo de 3 bits de 0 a 7. Este protocolo le permite marcar y ordenar todo el tráfico por importancia estableciendo prioridades (prioridad máxima 7). Los telegramas con mayor prioridad se reenviarán primero.

Protocolo de árbol de expansión (STP) IEEE 802.1d.Este protocolo construye una red local en forma de estructura de árbol para evitar bucles de red y prevenir la formación de una tormenta de red.

Digamos que la red local está instalada en forma de anillo para aumentar la tolerancia a fallas del sistema. El conmutador con mayor prioridad en la red se selecciona como conmutador raíz.En el ejemplo anterior, SW3 es la raíz. Sin profundizar en los algoritmos de ejecución de protocolos, los conmutadores calculan la ruta con el coste máximo y la bloquean. Por ejemplo, en nuestro caso, el camino más corto de SW3 a SW1 y SW2 será a través de sus propias interfaces dedicadas (DP) Fa 0/1 y Fa 0/2. En este caso, el precio de ruta predeterminado para la interfaz de 100 Mbit/s será 19. La interfaz Fa 0/1 del conmutador de red local SW1 está bloqueada porque el precio de ruta total será la suma de dos transiciones entre interfaces de 100 Mbit/s 19+19=38.

Si la ruta de trabajo está dañada, los conmutadores recalcularán la ruta y desbloquearán este puerto.

Protocolo de árbol de expansión rápida (RSTP) IEEE 802.1w.Estándar 802.1 mejorado d , que tiene mayor estabilidad y menor tiempo de recuperación de la línea de comunicación.

IEEE 802.1s Protocolo de árbol de expansión múltiple.La última versión, teniendo en cuenta todas las deficiencias de los protocolos. STP y RSTP.

Agregación de enlaces IEEE 802.3ad para enlace paralelo.Este protocolo le permite combinar puertos en grupos. velocidad total de este puerto La agregación será la suma de las velocidades de cada puerto en la misma.La velocidad máxima está determinada por el estándar IEEE 802.3ad y es de 8 Gbit/s.

Conmutadores de capa 33). Estos dispositivos también se denominan multiconmutadores porque combinan las capacidades de los conmutadores que operan en el segundo nivel y los enrutadores que operan con IP paquetes en el tercer nivel.Los conmutadores de Capa 3 son totalmente compatibles con todas las funciones y estándares de los conmutadores de Capa 2. Se puede acceder a los dispositivos de red mediante direcciones IP. Un conmutador de capa 3 admite el establecimiento de varias conexiones: l 2 tp, pptp, pppoe, vpn, etc.

Conmutadores de capa 4 4) . Dispositivos de nivel L4 ejecutándose en capa de transporte modelos OSI . Responsable de garantizar la confiabilidad de la transmisión de datos. Estos conmutadores pueden, basándose en la información de los encabezados de los paquetes, comprender la identidad del tráfico. diferentes aplicaciones y tomar decisiones sobre el desvío de dicho tráfico basándose en esta información. El nombre de estos dispositivos no está determinado; a veces se les llama interruptores inteligentes o interruptores L4.

Principales características de los interruptores.

Número de puertos. Actualmente, existen conmutadores con una cantidad de puertos de 5 a 48. La cantidad de dispositivos de red que se pueden conectar a un conmutador determinado depende de este parámetro.

Por ejemplo, al construir una pequeña red local de 15 computadoras, necesitaremos un conmutador con 16 puertos: 15 para conectar dispositivos finales y uno para instalar y conectar un enrutador para acceder a Internet.

Tasa de transferencia de datos. Esta es la velocidad a la que opera cada puerto del conmutador. Normalmente las velocidades se especifican de la siguiente manera: 10/100/1000 Mbit/s. La velocidad del puerto se determina durante la negociación automática con el dispositivo final. En conmutadores administrados, este parámetro se puede configurar manualmente.

Por ejemplo : Un dispositivo cliente de PC con una tarjeta de red de 1 Gbps está conectado a un puerto de conmutador con una velocidad de funcionamiento de 10/100 Mbps do . Como resultado de la negociación automática, los dispositivos acuerdan utilizar la velocidad máxima posible de 100 Mbps.

Negociación de puerto automático entre Full – dúplex y semidúplex. Completo – dúplex: La transferencia de datos se realiza simultáneamente en dos direcciones. semidúplex La transmisión de datos se realiza primero en una dirección y luego secuencialmente en la otra dirección.

Ancho de banda de tejido interno. Este parámetro muestra la velocidad general a la que el conmutador puede procesar datos de todos los puertos.

Por ejemplo: en una red local hay un conmutador con 5 puertos que funciona a una velocidad de 10/100 Mbit/s. EN especificaciones técnicas El parámetro de la matriz de conmutación es 1 Gbit/ do . Esto significa que cada puerto está en Full-dúplex puede funcionar a una velocidad de 200 Mbit/ do (100 Mbit/s recepción y 100 Mbit/s transmisión). Supongamos que el parámetro de esta matriz de conmutación es menor que el especificado. Esto significa que durante los picos de carga, los puertos no podrán funcionar a la velocidad indicada de 100 Mbit/s.

Negociación automática del tipo de cable MDI/MDI-X. Esta función le permite determinar cuál de los dos métodos se engarzó el par trenzado EIA/TIA-568A o EIA/TIA-568B. Al instalar redes locales, el esquema EIA/TIA-568B es el más utilizado.

Apilado es la combinación de varios conmutadores en un solo dispositivo lógico. Varios fabricantes Los conmutadores utilizan sus propias tecnologías de apilamiento, por ejemplo. do isco utiliza la tecnología de apilamiento Stack Wise con un bus de 32 Gbps entre conmutadores y Stack Wise Plus con un bus de 64 Gbps entre conmutadores.

Por ejemplo, esta tecnología es relevante en grandes redes locales, donde es necesario conectar más de 48 puertos en un solo dispositivo.

Montaje para rack de 19". En entornos domésticos y redes locales pequeñas, los conmutadores suelen instalarse en superficies planas o montarse en la pared, pero la presencia de las llamadas "orejas" es necesaria en redes locales más grandes donde los equipos activos se encuentran en gabinetes de servidores.

Tamaño de la tabla MACdirecciones Un interruptor es un dispositivo que opera en el nivel 2 del modelo. OSI . A diferencia de un concentrador, que simplemente redirige la trama recibida a todos los puertos excepto al puerto emisor, el conmutador aprende: recuerda IMPERMEABLE dirección del dispositivo del remitente, ingresándola, número de puerto y vida útil de la entrada en la tabla. Usando esta tabla, el switch no reenvía la trama a todos los puertos, sino solo al puerto del destinatario. Si hay una cantidad significativa de dispositivos de red en la red local y el tamaño de la tabla está lleno, el conmutador comienza a sobrescribir las entradas más antiguas de la tabla y escribe otras nuevas, lo que reduce significativamente la velocidad del conmutador.

Marco gigante . Esta característica permite que el conmutador maneje tamaños de paquetes más grandes que los definidos por el estándar Ethernet. Después de recibir cada paquete, se dedica algo de tiempo a procesarlo. Al utilizar un tamaño de paquete mayor utilizando la tecnología Jumbo Frame, puede ahorrar tiempo de procesamiento de paquetes en redes que utilizan velocidades de transferencia de datos de 1 Gb/seg y superiores. A menor velocidad no hay gran ganancia

Modos de conmutación.Para comprender el principio de funcionamiento de los modos de conmutación, primero considere la estructura de la trama transmitida a nivel de enlace de datos entre el dispositivo de red y el conmutador en la red local:

Como se puede ver en la imagen:

• Primero viene el preámbulo que señala el inicio de la transmisión de la trama,
• Entonces MAC dirección de destino ( DA) y MAC dirección del remitente ( S.A.)
• Identificación de tercer nivel: Se utiliza IPv 4 o IPv 6
carga útil)
• Y al final la suma de control. SFC: Un valor CRC de 4 bytes utilizado para detectar errores de transmisión. Calculado por el remitente y colocado en el campo FCS. La parte receptora calcula valor dado de forma independiente y lo compara con el valor obtenido.

Ahora veamos los modos de cambio:

Almacenar y reenviar. este modo El cambio guarda el fotograma completo en un búfer y comprueba el campo. FCS , que está al final del marco y si la suma de verificación de este campo no coincide, descarta todo el marco. Como resultado, se reduce la probabilidad de congestión de la red, ya que es posible descartar tramas con errores y retrasar el tiempo de transmisión del paquete. Esta tecnología presente en interruptores más caros.

Corte. Tecnología más sencilla. En este caso, los fotogramas se pueden procesar más rápido, ya que no se guardan por completo en el búfer. Para el análisis, los datos desde el comienzo de la trama hasta la dirección MAC (DA) de destino, inclusive, se almacenan en un búfer. El conmutador lee esta dirección MAC y la reenvía al destino. La desventaja de esta tecnología es que el conmutador en este caso reenvía tanto paquetes enanos con una longitud de intervalos de menos de 512 bits como paquetes dañados, lo que aumenta la carga en la red local.

Soporte de tecnología PoE

La tecnología Pover over Ethernet le permite alimentar un dispositivo de red a través del mismo cable. esta decisión le permite reducir el costo de instalación adicional de líneas de suministro.

Existen los siguientes estándares PoE:

PoE 802.3af admite equipos de hasta 15,4 W

PoE 802.3at admite equipos de hasta 30 W

PoE pasivo

PoE 802.3 af/at tiene circuitos de control inteligentes para suministrar voltaje al dispositivo: antes de suministrar energía al dispositivo PoE, la fuente estándar af/at negocia con él para evitar daños al dispositivo. Passiv PoE es mucho más económico que los dos primeros estándares; la energía se suministra directamente al dispositivo a través de pares libres de cables de red sin ninguna coordinación.

Características de las normas.

El estándar PoE 802.3af es compatible con la mayoría de las cámaras IP, teléfonos IP y puntos de acceso de bajo costo.

El estándar PoE 802.3at está presente en los modelos más caros de cámaras de videovigilancia IP, donde no es posible alcanzar los 15,4 W. En este caso, tanto la videocámara IP como la fuente PoE (switch) deben soportar este estándar.

Ranuras de expansión. Los conmutadores pueden tener ranuras de expansión adicionales. Los más comunes son los módulos SFP (Small Form-factor Pluggable). Transceptores modulares y compactos utilizados para la transmisión de datos en un entorno de telecomunicaciones.

Los módulos SFP se insertan en un puerto SFP libre de un enrutador, conmutador, multiplexor o convertidor de medios. Aunque existen módulos Ethernet SFP, los más comunesLos módulos de fibra óptica se utilizan para conectar el canal principal cuando se transmiten datos a largas distancias fuera del alcance del estándar Ethernet. Los módulos SFP se seleccionan según la distancia y la velocidad de transferencia de datos. Los más comunes son los módulos SFP de doble fibra, que utilizan una fibra para recibir y la otra para transmitir datos. Sin embargo, la tecnología WDM permite la transmisión de datos en diferentes longitudes de onda a través de un único cable óptico.

Los módulos SFP son:

• SX: 850 nm utilizado con cable óptico multimodo en distancias de hasta 550 m
• LX - 1310 nm se utiliza con ambos tipos de cable óptico (SM y MM) a una distancia de hasta 10 km
• BX - 1310/1550 nm se utiliza con ambos tipos de cable óptico (SM y MM) a una distancia de hasta 10 km
• XD - 1550 nm se utiliza con cable monomodo hasta 40 km, ZX hasta 80 km, EZ o EZX hasta 120 km y DWDM

El propio estándar SFP permite la transmisión de datos a una velocidad de 1 Gbit/s o a una velocidad de 100 Mbit/s. Para una transferencia de datos más rápida, se desarrollaron módulos SFP+:

• Transferencia de datos SFP+ a 10 Gbps
• Transferencia de datos XFP a 10 Gbps
• Transferencia de datos QSFP+ a 40 Gbps
• Transferencia de datos CFP a 100 Gbps

Sin embargo, a velocidades más altas, las señales se procesan a altas frecuencias. Esto requiere una mayor disipación de calor y, en consecuencia, mayores dimensiones. Por lo tanto, de hecho, el factor de forma SFP todavía se conserva sólo en los módulos SFP+.

Conclusión

Muchos lectores probablemente se hayan topado con conmutadores no administrados y conmutadores de capa 2 administrados de bajo costo en pequeñas redes locales. Sin embargo, es mejor dejar en manos de los profesionales la elección de los conmutadores para construir redes locales más grandes y técnicamente complejas.

Safe Kuban utiliza conmutadores de las siguientes marcas al instalar redes locales:

Solución profesional:

cisco

Qtech

Solución presupuestaria

Enlace D

Tp-Link

Tenda

Safe Kuban realiza la instalación, puesta en marcha y mantenimiento de redes locales en Krasnodar y el sur de Rusia.

En la gran mayoría de las redes locales domésticas, solo se utiliza un enrutador inalámbrico como equipo activo. Sin embargo, si necesita más de cuatro conexiones por cable, deberá agregar un conmutador de red (aunque hoy en día existen enrutadores con siete u ocho puertos para clientes). La segunda razón común para comprar este equipo es un cableado de red más conveniente. Por ejemplo, puede instalar un interruptor cerca del televisor, conectarle un cable del enrutador y conectar el televisor, el reproductor multimedia, la consola de juegos y otros equipos a otros puertos.

Los modelos más simples de conmutadores de red tienen solo un par de características clave: la cantidad de puertos y su velocidad. Y teniendo en cuenta los requisitos modernos y el desarrollo de la base de elementos, podemos decir que si el objetivo de ahorrar a cualquier coste o algunos requisitos específicos no es el objetivo, vale la pena comprar modelos con puertos gigabit. Por supuesto, hoy en día se utilizan redes FastEthernet con una velocidad de 100 Mbps, pero es poco probable que sus usuarios se enfrenten al problema de la falta de puertos en el enrutador. Aunque, por supuesto, esto también es posible si recordamos los productos de algunos fabricantes conocidos con uno o dos puertos para red local. Además, aquí sería apropiado utilizar un conmutador Gigabit para aumentar el rendimiento de toda la red local cableada.

Además, a la hora de elegir, también se puede tener en cuenta la marca, el material y el diseño de la carcasa, la implementación de la fuente de alimentación (externa o interna), la presencia y ubicación de indicadores y otros parámetros. Sorprendentemente, la característica de velocidad de funcionamiento, habitual en muchos otros dispositivos, en este caso prácticamente no tiene sentido, como se publicó recientemente. En las pruebas de transferencia de datos, modelos de categorías y precios completamente diferentes muestran los mismos resultados.

En este artículo, decidimos hablar brevemente sobre lo que puede ser interesante y útil en los interruptores de Nivel 2 "reales". Por supuesto, este material no pretende ser la presentación más detallada y profunda del tema, pero, con suerte, será útil para aquellos que se enfrentan a tareas o requisitos más serios al construir su red local en un apartamento. casa u oficina que instalar un enrutador y configurar Wi-Fi. Además, muchos temas se presentarán en un formato simplificado, reflejando sólo los puntos principales del interesante y variado tema de la conmutación de paquetes de red.

Los artículos anteriores de la serie "Construcción de una red doméstica" están disponibles en los siguientes enlaces:

Además, en esta subsección se encuentra disponible información útil sobre la construcción de redes.

Teoría

Primero, recordemos cómo funciona un conmutador de red "normal".

Esta “caja” es de pequeñas dimensiones, cuenta con varios puertos RJ45 para conectar cables de red, un conjunto de indicadores y una entrada de alimentación. Funciona según algoritmos programados por el fabricante y no tiene ninguna configuración accesible para el usuario. Se utiliza el principio de "conectar los cables - encender la alimentación - funciona". Cada dispositivo (más precisamente, su adaptador de red) en la red local tiene una dirección única: la dirección MAC. Consta de seis bytes y está escrito en el formato "AA:BB:CC:DD:EE:FF" con dígitos hexadecimales. Puede averiguarlo mediante programación o mirando la placa de información. Formalmente, esta dirección se considera emitida por el fabricante en la etapa de producción y es única. Pero en algunos casos este no es el caso (la unicidad solo se requiere dentro del segmento de la red local y el cambio de dirección se puede realizar fácilmente en muchos sistemas operativos). Por cierto, los primeros tres bytes a veces pueden revelar el nombre del creador del chip o incluso el nombre del dispositivo completo.

Si para una red global (en particular Internet), el direccionamiento de dispositivos y el procesamiento de paquetes se realiza a nivel de dirección IP, entonces en cada segmento individual de la red local se utilizan direcciones MAC para esto. Todos los dispositivos en la misma red local deben tener direcciones MAC diferentes. Si este no es el caso, habrá problemas con la entrega de paquetes de red y el funcionamiento de la red. Además, este bajo nivel de intercambio de información se implementa dentro de las pilas de red del sistema operativo y el usuario no necesita interactuar con él. Quizás, en realidad, existen literalmente un par de situaciones comunes en las que se puede utilizar una dirección MAC. Por ejemplo, al reemplazar un enrutador en un dispositivo nuevo, especifique la misma dirección MAC del puerto WAN que estaba en el anterior. La segunda opción es habilitar filtros de direcciones MAC en el enrutador para bloquear el acceso a Internet o Wi-Fi.

Un conmutador de red normal le permite combinar varios clientes para intercambiar tráfico de red entre ellos. Además, a cada puerto se puede conectar no sólo un ordenador u otro dispositivo cliente, sino también otro conmutador con sus propios clientes. En términos generales, el diagrama de funcionamiento del conmutador se ve así: cuando un paquete llega a un puerto, recuerda la MAC del remitente y la escribe en la tabla "clientes en este puerto físico", la dirección del destinatario se compara con otras tablas similares y, si está en uno de ellos, el paquete se envía al puerto físico correspondiente. Además, se proporcionan algoritmos para eliminar bucles, buscar nuevos dispositivos, comprobar si un dispositivo ha cambiado de puerto, etc. Para implementar este esquema, no se requiere una lógica compleja; todo funciona en procesadores bastante simples y económicos, por lo que, como dijimos anteriormente, incluso los modelos de gama baja pueden mostrar velocidades máximas.

Los conmutadores gestionados o, a veces, denominados “inteligentes” son mucho más complejos. Pueden utilizar más información de los paquetes de red para implementar más algoritmos complejos su procesamiento. Algunas de estas tecnologías también pueden resultar útiles para usuarios domésticos de “gama alta” o más exigentes, así como para resolver algunas tareas especiales.

Los conmutadores de segundo nivel (Nivel 2, capa de enlace de datos) son capaces de tener en cuenta, al conmutar paquetes, la información contenida en determinados campos de los paquetes de red, en particular VLAN, QoS, multidifusión y algunos otros. Esta es la opción de la que hablaremos en este artículo. Los modelos más complejos del tercer nivel (Nivel 3) ya pueden considerarse enrutadores, ya que operan con direcciones IP y funcionan con protocolos de tercer nivel (en particular RIP y OSPF).

Observemos que el único universal y conjunto estándar No hay capacidades de conmutador administrado. Cada fabricante crea sus propias líneas de productos basándose en su comprensión de las necesidades del consumidor. Por eso, en cada caso, vale la pena prestar atención a las especificaciones de un producto en particular y a su cumplimiento de las tareas planteadas. Por supuesto, aquí no se habla de ningún firmware "alternativo" con capacidades más amplias.

Como ejemplo, utilizamos el dispositivo Zyxel GS2200-8HP. Este modelo lleva mucho tiempo en el mercado, pero es bastante adecuado para este artículo. Los productos modernos de este segmento de Zyxel generalmente ofrecen capacidades similares. En particular, el dispositivo actual con la misma configuración se ofrece con el número de artículo GS2210-8HP.

El Zyxel GS2200-8HP es un conmutador gigabit administrado de nivel 2 de ocho puertos (versión de 24 puertos disponible en la serie) que también incluye soporte PoE y puertos combinados RJ45/SFP, así como algunas funciones de conmutación de nivel superior.

En cuanto a su formato, se le puede llamar modelo de escritorio, pero el paquete incluye hardware de montaje adicional para la instalación en un rack estándar de 19″. El cuerpo está hecho de metal. En el lado derecho vemos una rejilla de ventilación, y con lado opuesto Se instalan dos pequeños ventiladores. En la parte trasera sólo hay una entrada de cable de red para la fuente de alimentación incorporada.

Todas las conexiones, tradicionalmente para este tipo de equipos, se realizan desde la parte frontal para facilitar su uso en bastidores con paneles de conexión. A la izquierda hay un inserto con el logo del fabricante y el nombre iluminado del dispositivo. A continuación se encuentran los indicadores: LED de alimentación, sistema, alarma, estado/actividad y alimentación para cada puerto.

A continuación se instalan los ocho conectores de red principales, y tras ellos dos RJ45 y dos SFP que los duplican con sus propios indicadores. Estas soluciones son otra rasgo característico dispositivos similares. Normalmente, SFP se utiliza para conectar líneas de comunicación óptica. Su principal diferencia con el par trenzado habitual es la capacidad de trabajar en distancias mucho más largas, hasta decenas de kilómetros.

Debido a los diferentes tipos que se pueden utilizar aquí. lineas fisicas, Los puertos estándar SFP se instalan directamente en el conmutador, en los que se deben instalar adicionalmente módulos transceptores especiales y se les conectan cables ópticos. Al mismo tiempo, los puertos resultantes no difieren en sus capacidades de los demás, por supuesto, excepto por la falta de soporte PoE. También se pueden utilizar en modo port trunking, escenarios con VLAN y otras tecnologías.

El puerto serie de la consola completa la descripción. Se utiliza para mantenimiento y otras operaciones. En particular, observamos que no hay un botón de reinicio, típico de los equipos domésticos. EN casos difíciles pérdida de control, tendrá que conectarse a través del puerto serie y recargar todo el archivo de configuración en modo de depuración.

La solución admite administración a través de la web y línea de comando, actualizaciones de firmware, protocolo 802.1x para proteger contra conexiones no autorizadas, SNMP para integración en sistemas de monitoreo, paquetes con un tamaño de hasta 9216 bytes (Jumbo Frames) para aumentar el rendimiento de la red, segundo Servicios de conmutación de capas y capacidades de apilamiento para facilitar la administración.

De los ocho puertos principales, la mitad admite PoE+ con hasta 30 W por puerto y los cuatro restantes admiten PoE con 15,4 W. El consumo máximo de energía es de 230 W, de los cuales hasta 180 W se pueden suministrar mediante PoE.

La versión electrónica del manual de usuario tiene más de trescientas páginas. Por tanto, las funciones descritas en este artículo representan sólo una pequeña parte de las capacidades de este dispositivo.

Gestión y control

A diferencia de los conmutadores de red simples, los “inteligentes” tienen herramientas para la configuración remota. Su papel lo desempeña con mayor frecuencia la conocida interfaz web, y para los "administradores reales" se proporciona acceso a la línea de comando con su propia interfaz a través de telnet o ssh. Se puede obtener una línea de comando similar a través de una conexión al puerto serie del conmutador. Además del hábito, trabajar con la línea de comandos tiene la ventaja de una cómoda automatización mediante scripts. También es compatible con el protocolo FTP, que le permite descargar rápidamente nuevos archivos de firmware y administrar configuraciones.

Por ejemplo, puede comprobar el estado de las conexiones, administrar puertos y modos, permitir o denegar el acceso, etc. Además, esta opción exige menos ancho de banda (requiere menos tráfico) y equipos utilizados para el acceso. Pero en las capturas de pantalla, por supuesto, la interfaz web se ve más hermosa, por lo que en este artículo la usaremos para ilustraciones. La seguridad la proporciona un nombre de usuario/contraseña de administrador tradicional, hay soporte para HTTPS y también puede configurar restricciones adicionales de acceso a la administración de conmutadores.

Tenga en cuenta que, a diferencia de muchos dispositivos domésticos, la interfaz tiene un botón explícito para guardar la configuración actual del interruptor en su memoria no volátil. Además, en muchas páginas puede utilizar el botón Ayuda para acceder a la ayuda contextual.

Otra opción para monitorear el funcionamiento del conmutador es utilizar el protocolo SNMP. Utilizando programas especializados, puede obtener información sobre el estado del hardware del dispositivo, como la temperatura o la pérdida de un enlace en un puerto. Para proyectos grandes, será útil implementar un modo especial para administrar varios conmutadores (un grupo de conmutadores) desde una única interfaz: Gestión de clústeres.

Los pasos iniciales mínimos para iniciar el dispositivo generalmente incluyen actualizar el firmware, cambiar la contraseña del administrador y configurar la propia dirección IP del conmutador.

Además, normalmente vale la pena prestar atención a opciones como el nombre de la red, la sincronización del reloj integrado y el envío del registro de eventos a un servidor externo (por ejemplo, Syslog).

Al planificar el diseño de la red y la configuración del interruptor, se recomienda calcular y pensar en todos los puntos con anticipación, ya que el dispositivo no tiene controles integrados para bloqueos y contradicciones. Por ejemplo, si "olvida" que configuró previamente la agregación de puertos, las VLAN con su participación pueden comportarse de manera completamente diferente a la requerida. Por no hablar de la posibilidad de perder la conexión con el interruptor, lo que resulta especialmente desagradable cuando se conecta de forma remota.

Una de las funciones "inteligentes" básicas de los conmutadores es la compatibilidad con tecnologías de agregación de puertos de red. También se utilizan para esta tecnología términos como troncalización, vinculación y formación de equipos. En este caso, los clientes u otros conmutadores se conectan a este conmutador no con un cable, sino con varios a la vez. Por supuesto, esto requiere tener varias tarjetas de red en tu computadora. Las tarjetas de red pueden estar separadas o en forma de una única tarjeta de expansión con varios puertos. Normalmente en este escenario hablamos de dos o cuatro enlaces. Las principales tareas que se resuelven de esta forma son aumentar la velocidad de la conexión de red y aumentar su confiabilidad (duplicación). Un conmutador puede admitir varias de estas conexiones a la vez, dependiendo de su configuración de hardware, en particular, la cantidad de puertos físicos y la potencia del procesador. Una opción es conectar un par de conmutadores de esta manera, lo que aumentará el rendimiento general de la red y eliminará los cuellos de botella.

Para implementar el esquema, es recomendable utilizar tarjetas de red que admitan explícitamente esta tecnología. Pero, en general, la implementación de la agregación de puertos se puede realizar a nivel de software. Esta tecnología se implementa con mayor frecuencia a través del protocolo abierto LACP/802.3ad, que se utiliza para monitorear el estado de los enlaces y administrarlos. Pero también existen opciones privadas de proveedores individuales.

en el nivel Sistema operativo Para los clientes, después de la configuración adecuada, generalmente aparece una nueva interfaz de red estándar, que tiene sus propias direcciones MAC e IP, para que todas las aplicaciones puedan trabajar con ella sin ninguna acción especial.

La tolerancia a fallos se garantiza al tener múltiples conexiones físicas entre dispositivos. Si la conexión falla, el tráfico se redirige automáticamente a lo largo de los enlaces restantes. Una vez restablecida la línea, comenzará a funcionar nuevamente.

En cuanto al aumento de velocidad, la situación aquí es un poco más complicada. Formalmente, podemos suponer que la productividad se multiplica según el número de líneas utilizadas. Sin embargo, el aumento real en la velocidad de recepción y transmisión de datos depende de tareas específicas y aplicaciones. En particular, si estamos hablando de una tarea tan simple y común como leer archivos desde un dispositivo de almacenamiento de red en una computadora, entonces no ganará nada combinando puertos, incluso si ambos dispositivos están conectados al conmutador mediante varios enlaces. Pero si el enlace de puertos está configurado en un dispositivo de almacenamiento de red y varios clientes "normales" acceden a él simultáneamente, entonces esta opción ya obtendrá una ganancia significativa en el rendimiento general.

En el artículo se dan algunos ejemplos de uso y resultados de pruebas. Por lo tanto, podemos decir que el uso de tecnologías de agregación de puertos en el hogar será útil solo si hay varios clientes y servidores rápidos, así como una carga suficientemente alta en la red.

Configurar la agregación de puertos en un conmutador suele ser sencillo. En particular, en el Zyxel GS2200-8HP los parámetros necesarios se encuentran en el menú Aplicación avanzada - Agregación de enlaces. En total, este modelo admite hasta ocho grupos. No hay restricciones en la composición de grupos: puede utilizar cualquier puerto físico de cualquier grupo. El conmutador admite enlaces de puertos estáticos y LACP.

En la página de estado puede consultar las asignaciones actuales por grupo.

En la página de configuración, se indican los grupos activos y su tipo (utilizados para seleccionar el esquema de distribución de paquetes a través de enlaces físicos), así como la asignación de puertos a los grupos requeridos.

Si es necesario, habilite LACP para los grupos requeridos en la tercera página.

A continuación, debe configurar parámetros similares en el dispositivo al otro lado del enlace. En particular, en una unidad de red QNAP, esto se hace de la siguiente manera: vaya a la configuración de red, seleccione los puertos y el tipo de conexión.

Después de esto, podrá verificar el estado de los puertos en el switch y evaluar la efectividad de la solución en sus tareas.

VLAN

En una configuración típica de red local, los paquetes de red que "caminan" a través de ella utilizan un entorno físico común, como los flujos de personas en las estaciones de transferencia del metro. Por supuesto, los conmutadores, en cierto sentido, evitan que paquetes "extraños" lleguen a la interfaz de su tarjeta de red, pero algunos paquetes, como los paquetes de transmisión, pueden penetrar cualquier rincón de la red. A pesar de la simplicidad y la alta velocidad de este esquema, hay situaciones en las que, por alguna razón, es necesario separar ciertos tipos de tráfico. Esto puede deberse a requisitos de seguridad o a la necesidad de cumplir requisitos de rendimiento o priorización.

Por supuesto, estos problemas se pueden resolver creando un segmento separado de la red física, con sus propios conmutadores y cables. Pero esto no siempre es posible de implementar. Aquí es donde la tecnología VLAN (red de área local virtual), una red informática local lógica o virtual, puede resultar útil. También puede denominarse 802.1q.

En una aproximación aproximada, el funcionamiento de esta tecnología se puede describir como el uso de "etiquetas" adicionales para cada paquete de red cuando se procesa en el conmutador y en el dispositivo final. En este caso, el intercambio de datos sólo funciona dentro de un grupo de dispositivos con la misma VLAN. Dado que no todos los equipos utilizan VLAN, el esquema también utiliza operaciones como agregar y eliminar etiquetas de un paquete de red a medida que pasa por el conmutador. En consecuencia, se agrega cuando se recibe un paquete desde un puerto físico "normal" para enviarlo a través de la red VLAN y se elimina cuando es necesario transmitir un paquete desde la red VLAN a un puerto "normal".

Como ejemplo del uso de esta tecnología, podemos citar las conexiones multiservicio de los operadores: cuando se obtiene acceso a Internet, IPTV y telefonía a través de un solo cable. Esto se encontraba anteriormente en las conexiones ADSL, y hoy en día se utiliza en GPON.

El conmutador en cuestión admite el modo simplificado "VLAN basada en puertos", cuando la división en redes virtuales se realiza a nivel de puertos físicos. Este esquema es menos flexible que 802.1q, pero puede resultar adecuado en algunas configuraciones. Tenga en cuenta que este modo es mutuamente excluyente con 802.1q y para seleccionarlo hay un elemento correspondiente en la interfaz web.

Para crear una VLAN según el estándar 802.1q, en la página Aplicaciones avanzadas - VLAN - VLAN estática, especifique el nombre de la red virtual, su identificador y luego seleccione los puertos involucrados y sus parámetros. Por ejemplo, al conectar clientes habituales, conviene eliminar las etiquetas VLAN de los paquetes que se les envían.

Dependiendo de si se trata de una conexión de cliente o de una conexión de conmutador, deberá configurar las opciones requeridas en la página Aplicaciones avanzadas - VLAN - Configuración del puerto VLAN. En particular, se trata de agregar etiquetas a los paquetes que llegan al puerto de entrada, permitir que paquetes sin etiquetas o con otros identificadores se transmitan a través del puerto y aislar la red virtual.

Control de acceso y autenticación.

Inicialmente, la tecnología Ethernet no admitía el control de acceso al medio físico. Fue suficiente conectar el dispositivo al puerto del conmutador y comenzó a funcionar como parte de la red local. En muchos casos, esto es suficiente porque la seguridad la proporciona la complejidad de una conexión física directa a la red. Pero hoy en día, los requisitos para la infraestructura de red han cambiado significativamente y la implementación del protocolo 802.1x se encuentra cada vez más en los equipos de red.

En este escenario, cuando se conecta a un puerto de conmutador, el cliente proporciona sus datos de autenticación y, sin la confirmación del servidor de control de acceso, no se intercambia información con la red. La mayoría de las veces, el esquema implica la presencia de un servidor externo, como RADIUS o TACACS+. El uso de 802.1x también proporciona capacidades adicionales para monitorear el funcionamiento de la red. Si en el esquema estándar es posible "vincularse" solo al parámetro de hardware del cliente (dirección MAC), por ejemplo, para emitir una IP, establecer límites de velocidad y derechos de acceso, entonces trabajar con cuentas de usuario será más conveniente en redes grandes, ya que permite la movilidad del cliente y otras características de alto nivel.

Para las pruebas se utilizó un servidor RADIUS en un NAS de QNAP. Está diseñado como un paquete que se instala por separado y tiene su propia base de usuarios. Es bastante adecuado para esta tarea, aunque en general tiene pocas capacidades.

El cliente era una computadora con Windows 8.1. Para usar 802.1x en él, debe habilitar un servicio y luego aparece una nueva pestaña en las propiedades de la tarjeta de red.

Tenga en cuenta que en este caso estamos hablando exclusivamente de controlar el acceso al puerto físico del switch. Además, no olvide que es necesario garantizar un acceso constante y confiable del conmutador al servidor RADIUS.

Para implementar esta característica, el interruptor tiene dos funciones. El primero, el más simple, le permite limitar el tráfico entrante y saliente en un puerto físico específico.

Este conmutador también le permite utilizar la priorización de puertos físicos. En este caso, no existen límites estrictos de velocidad, pero puede seleccionar los dispositivos cuyo tráfico se procesará primero.

El segundo está incluido en más. esquema general con la clasificación del tráfico conmutado según varios criterios y es sólo una de las opciones para su uso.

Primero, en la página Clasificador, debe definir las reglas de clasificación del tráfico. Aplican criterios de Nivel 2, en particular direcciones MAC, y en este modelo también se pueden aplicar reglas de Nivel 3, incluido el tipo de protocolo, las direcciones IP y los números de puerto.

A continuación, en la página Regla de política que especifique acciones necesarias con tráfico “seleccionado” según reglas seleccionadas. Aquí se proporcionan las siguientes operaciones: configurar una etiqueta VLAN, limitar la velocidad, enviar un paquete a un puerto determinado, configurar un campo de prioridad, descartar un paquete. Estas funciones permiten, por ejemplo, limitar las tasas de intercambio de datos para datos o servicios de clientes.

Más circuitos complejos Puede utilizar campos de prioridad 802.1p en paquetes de red. Por ejemplo, puede indicarle al conmutador que maneje primero el tráfico telefónico y que dé a la navegación del navegador la prioridad más baja.

PoE

Otra posibilidad que no está directamente relacionada con el proceso de conmutación de paquetes es proporcionar energía a los dispositivos del cliente a través de un cable de red. Esto se utiliza a menudo para conectar cámaras IP, teléfonos y puntos de acceso inalámbrico, lo que reduce la cantidad de cables y simplifica la conmutación. Al elegir un modelo de este tipo, es importante tener en cuenta varios parámetros, el principal de los cuales es el estándar utilizado por el equipo del cliente. El hecho es que algunos fabricantes utilizan sus propias implementaciones, que son incompatibles con otras soluciones e incluso pueden provocar averías en equipos "extraños". También cabe destacar el “PoE pasivo”, cuando la energía se transmite a un voltaje relativamente bajo sin comentario y control del destinatario.

Una opción más correcta, conveniente y universal sería utilizar "PoE activo", que funcione según los estándares 802.3af o 802.3at y sea capaz de transmitir hasta 30 W (en las nuevas versiones de los estándares hay más valores altos). En este esquema, el transmisor y el receptor intercambian información entre sí y acuerdan los parámetros de potencia necesarios, en particular el consumo de energía.

Para probar esto, conectamos una cámara compatible con Axis 802.3af PoE al conmutador. En el panel frontal del conmutador, se enciende el indicador de alimentación correspondiente a este puerto. Luego, a través de la interfaz Web, podremos monitorear el estado del consumo por puerto.

También es interesante la posibilidad de controlar el suministro de energía a los puertos. Porque si la cámara está conectada con un cable y está ubicada en un lugar de difícil acceso, para reiniciarla, si es necesario, deberá desconectar este cable ya sea en el lado de la cámara o en el armario de cableado. Y aquí puede iniciar sesión en el conmutador de forma remota de cualquier forma disponible y simplemente desmarcar la casilla de verificación "suministro de energía" y luego volver a colocarla. Además, en la configuración de PoE, puede configurar el sistema de prioridad para proporcionar energía.

Como escribimos anteriormente, el campo clave de los paquetes de red en este equipo es la dirección MAC. Los conmutadores administrados suelen tener un conjunto de servicios diseñados para utilizar esta información.

Por ejemplo, el modelo considerado admite la asignación estática de direcciones MAC a un puerto (generalmente esta operación ocurre automáticamente), filtrado (bloqueo) de paquetes por direcciones MAC de origen o destinatario.

Además, puede limitar la cantidad de registros de direcciones MAC de clientes en un puerto de conmutador, lo que también puede considerarse una opción de seguridad adicional.

La mayoría de los paquetes de red de capa 3 suelen ser unidireccionales: van de un destinatario a un destinatario. Pero algunos servicios utilizan tecnología de multidifusión, cuando un paquete tiene varios destinatarios a la vez. Mayoría ejemplo famoso- esto es IPTV. El uso de multidifusión aquí le permite reducir significativamente los requisitos de ancho de banda cuando es necesario entregar información. un gran número clientela. Por ejemplo, la multidifusión de 100 canales de televisión con un flujo de 1 Mbit/s requerirá 100 Mbit/s para cualquier número de clientes. Si utilizamos tecnología estándar, entonces 1.000 clientes necesitarían 1.000 Mbit/s.

No entraremos en detalles sobre cómo funciona IGMP, solo señalaremos la posibilidad de ajustar el interruptor; trabajo eficiente bajo cargas pesadas de este tipo.

Las redes complejas pueden utilizar protocolos especiales para controlar la ruta de los paquetes de red. En particular, permiten eliminar los bucles topológicos (“bucles” de paquetes). El conmutador en cuestión admite STP, RSTP y MSTP y tiene configuraciones flexibles para su funcionamiento.

Otra característica demandada en las grandes redes es la protección contra situaciones como “tormenta de transmisiones”. Este concepto caracteriza un aumento significativo en los paquetes de difusión en la red, bloqueando el paso del tráfico útil "normal". La forma más sencilla de combatir esto es establecer restricciones de procesamiento. un cierto número paquetes por segundo para puertos de switch.

Además, el dispositivo tiene una función de desactivación de errores. Permite que el conmutador apague los puertos si detecta un tráfico de servicio excesivo en ellos. Esto le permite mantener la productividad y garantizar la recuperación automática cuando se solucione el problema.

Otra tarea, más relacionada con los requisitos de seguridad, es la monitorización de todo el tráfico. En modo normal, el conmutador implementa un esquema para enviar paquetes solo directamente a sus destinatarios. Es imposible "captar" un paquete "extranjero" en otro puerto. Para implementar esta tarea, se utiliza la tecnología de duplicación de puertos: el equipo de control se conecta a los puertos del conmutador seleccionados y todo el tráfico de otros puertos específicos se configura para enviarse a este puerto.

Las funciones IP Source Guard y DHCP Snooping ARP Inspection también tienen como objetivo aumentar la seguridad. El primero le permite configurar filtros que involucran MAC, IP, VLAN y número de puerto por donde pasarán todos los paquetes. El segundo protege el protocolo DHCP, el tercero bloquea automáticamente a los clientes no autorizados.

Conclusión

Por supuesto, las capacidades descritas anteriormente representan sólo una fracción de las tecnologías de conmutación de red disponibles en el mercado actual. E incluso de esta pequeña lista, no todos pueden encontrar una utilidad real entre los usuarios domésticos. Quizás los más comunes sean PoE (por ejemplo, para alimentar cámaras de video en red), agregación de puertos (en el caso de una red grande y la necesidad de un intercambio de tráfico rápido), control de tráfico (para garantizar el funcionamiento de aplicaciones de transmisión bajo alta carga en el canal).

Por supuesto, no es en absoluto necesario utilizar dispositivos de nivel empresarial para solucionar estos problemas. Por ejemplo, en las tiendas puede encontrar un conmutador normal con PoE, la agregación de puertos también se encuentra en algunos enrutadores de gama alta, la priorización también comienza a encontrarse en algunos modelos con procesadores rápidos y software de alta calidad. Pero, en nuestra opinión, la opción de adquirir equipos más profesionales, incluso en el mercado secundario, también puede considerarse para redes domésticas con mayores requisitos de rendimiento, seguridad y capacidad de gestión.

Por cierto, en realidad existe otra opción. Como dijimos anteriormente, en todos los interruptores "inteligentes" puede haber una "mente" directa. diferentes cantidades. Y muchos fabricantes tienen series de productos que encajan bien en presupuesto de la casa y al mismo tiempo son capaces de proporcionar muchas de las capacidades descritas anteriormente. Como ejemplo, podemos mencionar el Zyxel GS1900-8HP.

Este modelo tiene una carcasa metálica compacta y una fuente de alimentación externa, tiene ocho puertos Gigabit con PoE y se proporciona una interfaz Web para configuración y gestión.

El firmware del dispositivo admite la agregación de puertos con LACP, VLAN, limitación de velocidad de puertos, 802.1x, duplicación de puertos y otras funciones. Pero a diferencia del “switch administrado real” descrito anteriormente, todo esto se configura exclusivamente a través de la interfaz web y, si es necesario, incluso mediante un asistente.

Por supuesto, no estamos hablando de la similitud de este modelo con el dispositivo descrito anteriormente en términos de sus capacidades en general (en particular, aquí no hay herramientas de clasificación de tráfico ni funciones de Nivel 3). Más bien, es simplemente una opción más adecuada para el usuario doméstico. Se pueden encontrar modelos similares en los catálogos de otros fabricantes.

Un conmutador no administrado es adecuado para construir una red doméstica o de pequeña oficina. Su diferencia con los demás es la versión “en caja”. Es decir, después de la compra, basta con configurar una conexión al servidor del proveedor y podrá distribuir Internet.

Cuando se trabaja con un conmutador de este tipo, vale la pena tener en cuenta que son posibles retrasos a corto plazo cuando se utilizan buscapersonas de voz (Skype, Vo-IP) y la imposibilidad de distribuir el ancho del canal de Internet. Es decir, cuando enciendes el programa Torrent en una de las computadoras de la red, consumirá casi todo el ancho de banda del canal, y el resto de computadoras de la red utilizarán el ancho de banda restante.

Un conmutador administrado es mejor solución para construir una red en oficinas y clubes de informática. Este tipo se vende de serie y con ajustes estándar.

Para configurar dicho interruptor tendrá que trabajar duro. gran número La configuración puede ser abrumadora, pero con el enfoque correcto puede generar resultados notables. característica principal- distribución del ancho del canal y configuración del rendimiento de cada puerto. Tomemos como ejemplo un canal de Internet de 50 Mbps/s, 5 ordenadores en la red, un decodificador de IP-TV y un ATC. Podemos hacer varias opciones, pero consideraré solo una.

A continuación, solo su imaginación y su pensamiento innovador. En total tenemos un canal relativamente grande. ¿Por qué relativamente? Aprenderá más esta información si profundiza cuidadosamente en la esencia. Olvidé aclarar: estoy armando una red para una oficina pequeña. IP-TV se utiliza para TV en la sala de espera, computadoras (para trabajar con correo electrónico, transferir documentos, navegar por sitios web, ATC) para conectar teléfonos fijos a la línea principal para recibir llamadas de Skype, QIP, teléfonos celulares etc.

Un conmutador administrado es una modificación de un conmutador normal no administrado.

Además del chip ASIC, contiene un microprocesador capaz de realizar operaciones adicionales sobre tramas, como filtrado, modificación y priorización, así como otras acciones no relacionadas con el reenvío de tramas. Por ejemplo, proporcione una interfaz de usuario.

En términos prácticos, las diferencias entre conmutadores administrados y no administrados radican, en primer lugar, en la lista de estándares admitidos: si un conmutador normal no administrado solo admite el estándar Ethernet (IEEE 802.3) en sus diversas variedades, los conmutadores administrados admiten una lista mucho más amplia. de estándares: 802.1Q, 802.1X, 802.1AE, 802.3ad (802.1AX), etc., que requieren configuración y gestión.

Hay otro tipo: interruptores SMART.

La aparición de los interruptores inteligentes se debió a una estrategia de marketing: los dispositivos admiten un número significativamente menor de funciones que sus hermanos mayores, pero aún así son manejables.

Para no confundir ni engañar a los consumidores, los primeros modelos se fabricaron con la denominación inteligente o gestionado por web.

Estos dispositivos ofrecían la funcionalidad básica de los conmutadores administrados a un precio significativamente más bajo: organización de VLAN, habilitación y deshabilitación administrativa de puertos, filtrado por dirección MAC o limitación de velocidad. Tradicionalmente, la única manera La gestión era una interfaz web, por lo que a los interruptores inteligentes se les asignó firmemente el nombre de gestión web.

El conmutador almacena una tabla de conmutación en la memoria asociativa, que indica la correspondencia de la dirección MAC del host con el puerto del conmutador. Cuando se enciende el interruptor, esta tabla queda vacía y comienza a funcionar en modo de aprendizaje. En este modo, los datos que llegan a cualquier puerto se transmiten a todos los demás puertos del conmutador. En este caso, el conmutador analiza las tramas y, una vez determinada la dirección MAC del host emisor, la ingresa en la tabla.

Posteriormente, si uno de los puertos del conmutador recibe una trama destinada a un host cuya dirección MAC ya está en la tabla, esta trama se transmitirá únicamente a través del puerto especificado en la tabla. Si la dirección MAC del host de destino no está vinculada a ningún puerto del conmutador, la trama se enviará a todos los puertos.

Con el tiempo, el conmutador crea una tabla completa para todos sus puertos y, como resultado, el tráfico se localiza.

Vale la pena señalar la baja latencia (retraso) y la alta velocidad de reenvío en cada puerto de interfaz.

Cambio de métodos en un switch.

Hay tres métodos de cambio. Cada uno de ellos es una combinación de parámetros como el tiempo de espera para que el switch tome una decisión (latencia) y la confiabilidad de la transmisión.

Con almacenamiento intermedio (Store y Forward).

“Corte”.

“Libre de fragmentos” o híbrido.

Con almacenamiento intermedio (Store y Forward). El conmutador lee toda la información entrante en la trama, la verifica en busca de errores, selecciona un puerto de conmutación y luego le envía la trama verificada.

“Corte”. El conmutador lee solo la dirección de destino en la trama y luego realiza la conmutación. Este modo reduce los retrasos en la transmisión, pero no tiene un método de detección de errores.

“Libre de fragmentos” o híbrido. Este modo es una modificación del modo "All Around". La transmisión se realiza después de filtrar los fragmentos de colisión (las tramas de 64 bytes se procesan mediante tecnología de almacenamiento y reenvío, el resto mediante tecnología de corte). La latencia de "decisión de cambio" se agrega al tiempo que tarda una trama en entrar y salir de un puerto de interruptor y en conjunto determina la latencia general del interruptor.

Cambiar las características de rendimiento.

Las principales características de un switch que miden su rendimiento son:

• - velocidad de filtración;
• - velocidad de enrutamiento (reenvío);
• - rendimiento;
• - retraso en la transmisión de tramas.

Además, existen varias características del interruptor que tienen el mayor impacto en características especificadas productividad. Estos incluyen:

• - tamaño de los buffers de trama;
• - rendimiento interno del autobús;
• - rendimiento del procesador o procesadores;
• - tamaño de la tabla de direcciones interna.

El filtrado de tramas y la velocidad de reenvío son dos características de rendimiento clave de un conmutador. Estas características son indicadores integrales; no dependen de cómo se implemente técnicamente el cambio.

La tasa de filtrado determina la velocidad a la que el conmutador realiza los siguientes pasos de procesamiento de tramas:

• - recibir la trama en su buffer;
• - destrucción de la trama, ya que su puerto de destino coincide con el puerto de origen.

La velocidad de reenvío determina la velocidad a la que el conmutador realiza los siguientes pasos de procesamiento de tramas:

• - recibir la trama en su buffer;
• - ver la tabla de direcciones para encontrar el puerto para la dirección de destino de la trama;
• - transmisión de la trama a la red a través del puerto de destino que se encuentra en la tabla de direcciones.

Tanto la velocidad de filtrado como la velocidad de reenvío generalmente se miden en fotogramas por segundo.

Si las características del conmutador no especifican para qué protocolo y para qué tamaño de trama se dan las velocidades de filtrado y reenvío, entonces, de forma predeterminada, se supone que estos indicadores se dan para el protocolo Ethernet y tramas de 64 bytes de longitud (sin preámbulo), con un campo de datos de 46 bytes.

El uso de tramas de longitud mínima como principal indicador de la velocidad de un conmutador se explica por el hecho de que dichas tramas siempre crean el modo de funcionamiento más difícil para el conmutador en comparación con las tramas de otros formatos con el mismo rendimiento de datos de usuario transferidos.

Por lo tanto, al probar un conmutador, el modo de transmisión de trama de longitud mínima se utiliza como el modo más prueba dificil, lo que debería probar la capacidad del conmutador para operar bajo la peor combinación de parámetros de tráfico para él.

Además, para paquetes de longitud mínima, las velocidades de filtrado y reenvío son valor máximo, lo cual es de gran importancia a la hora de anunciar un interruptor.

El rendimiento de un conmutador se mide por la cantidad de datos de usuario transmitidos por unidad de tiempo a través de sus puertos.

Dado que el conmutador opera en el nivel de enlace de datos, sus datos de usuario son los datos que se transfieren al campo de datos de las tramas de protocolo de la capa de enlace de datos: Ethernet, Token Ring, FDDI, etc.

El valor máximo del rendimiento del conmutador siempre se logra en tramas de longitud máxima, ya que en este caso la proporción de costos generales para la información general de la trama es mucho menor que para las tramas de longitud mínima, y ​​el tiempo que el conmutador realiza operaciones de procesamiento de tramas por byte de información del usuario es significativamente menor.

La dependencia del rendimiento del conmutador del tamaño de las tramas transmitidas queda bien ilustrada con el ejemplo del protocolo Ethernet, para el cual, cuando se transmiten tramas de longitud mínima, se obtiene una velocidad de transmisión de 14880 cuadros por segundo y un rendimiento de 5,48 Mb/s. logrado, y cuando se transmiten cuadros de longitud máxima, se logra una velocidad de transmisión de 812 cuadros por segundo y un rendimiento de 9,74 Mb/s.

El rendimiento se reduce casi a la mitad cuando se cambia a tramas de longitud mínima, y ​​esto sin tener en cuenta la pérdida de tiempo para procesar las tramas por parte del conmutador.

La latencia de transmisión de trama se mide como el tiempo transcurrido desde el momento en que el primer byte de la trama llega al puerto de entrada del conmutador hasta el momento en que este byte aparece en el puerto de salida del conmutador.

La latencia consiste en el tiempo dedicado a almacenar en búfer los bytes de la trama, así como el tiempo dedicado a procesar la trama mediante el conmutador: revisar la tabla de direcciones, tomar decisiones de filtrado o reenvío y obtener acceso al entorno del puerto de salida. La cantidad de retraso introducido por el interruptor depende de su modo de funcionamiento. Si la conmutación se realiza "sobre la marcha", los retrasos suelen ser pequeños y oscilan entre 10 µs y 40 µs, y con almacenamiento en búfer de fotograma completo, entre 50 µs y 200 µs (para fotogramas de longitud mínima). Un conmutador es un dispositivo multipuerto, por lo que se acostumbra dar todas las características anteriores (excepto el retraso en la transmisión de tramas) en dos versiones:

• - la primera opción es el rendimiento total del conmutador con transmisión simultánea de tráfico en todos sus puertos;
• - la segunda opción es el rendimiento dado por puerto.

Dado que cuando el tráfico se transmite simultáneamente a través de varios puertos, surge una gran cantidad de opciones de tráfico, que se diferencian en el tamaño de las tramas en el flujo, la distribución de la intensidad promedio de los flujos de tramas entre los puertos de destino, los coeficientes de variación en la intensidad de flujos de cuadros, etc., etc.

Luego, al comparar los conmutadores por rendimiento, es necesario tener en cuenta para qué variante de tráfico se obtienen los datos de rendimiento publicados. Algunos laboratorios que prueban constantemente equipos de comunicaciones han desarrollado descripciones detalladas de las condiciones de prueba para los interruptores y las utilizan en su práctica, pero estas pruebas aún no se han vuelto comunes en la industria. EN idealmente Un switch instalado en una red transmite tramas entre nodos conectados a sus puertos a la velocidad a la que los nodos generan dichas tramas, sin introducir retrasos adicionales ni perder una sola trama.

En la práctica real, el conmutador siempre introduce algunos retrasos en la transmisión de tramas y también puede perder algunas tramas, es decir, no entregarlas a los destinatarios. Debido a diferencias en organización interna diferentes modelos conmutadores, es difícil predecir cómo un conmutador en particular transmitirá tramas de algunos muestra especifica tráfico. El mejor criterio sigue siendo la práctica de colocar un conmutador en una red real y medir los retrasos que introduce y el número de tramas perdidas. El rendimiento general del conmutador está garantizado por el rendimiento suficientemente alto de cada uno de sus elementos individuales: el procesador de puerto, la matriz de conmutación, los módulos de conexión de bus común, etc.

Independientemente de la organización interna del conmutador y los métodos de canalización de sus operaciones, es posible determinar requisitos de rendimiento bastante simples para sus elementos que son necesarios para soportar una matriz de tráfico determinada. Debido a que los fabricantes de conmutadores se esfuerzan por hacer que sus dispositivos sean lo más rápidos posible, el rendimiento interno general de un conmutador a menudo excede por cierto margen la intensidad promedio de cualquier tráfico que pueda enviarse a los puertos del conmutador según sus protocolos.

Este tipo de conmutación se denomina sin bloqueo, es decir, se transmite cualquier tipo de tráfico sin reducir su intensidad. Además del rendimiento de los elementos individuales del conmutador, como los procesadores de puertos o el bus común, el rendimiento del conmutador se ve afectado por parámetros como el tamaño de la tabla de direcciones y el volumen del búfer general o de los búferes de puertos individuales.

El tamaño de la tabla de direcciones afecta la capacidad máxima de la tabla de direcciones y determina la cantidad máxima de direcciones MAC que el conmutador puede manejar simultáneamente.

Dado que los conmutadores suelen utilizar una unidad de procesamiento dedicada para realizar operaciones en cada puerto con su propia memoria para almacenar una instancia de la tabla de direcciones, el tamaño de la tabla de direcciones de los conmutadores generalmente se proporciona por puerto.

Las instancias de la tabla de direcciones de diferentes módulos de procesador no contienen necesariamente la misma información de dirección; lo más probable es que no haya muchas direcciones duplicadas, a menos que la distribución del tráfico en cada puerto sea completamente igual entre los demás puertos. Cada puerto almacena sólo aquellos conjuntos de direcciones que utiliza en últimamente. Significado número máximo Las direcciones MAC que el procesador del puerto puede recordar dependen de la aplicación del conmutador. Los conmutadores de grupos de trabajo normalmente admiten solo unas pocas direcciones por puerto porque están diseñados para formar microsegmentos. Los conmutadores de departamento deben admitir varios cientos de direcciones y los conmutadores troncales de red deben admitir hasta varios miles, normalmente entre 4000 y 8000 direcciones. Una capacidad insuficiente de la tabla de direcciones puede hacer que el conmutador se ralentice y la red se congestione con un exceso de tráfico. Si la tabla de direcciones del procesador de puerto está completamente llena y encuentra una nueva dirección de origen en un paquete entrante, entonces debe expulsar cualquier dirección antigua de la tabla y colocar una nueva en su lugar. Esta operación en sí tomará parte del tiempo del procesador, pero la principal pérdida de rendimiento se observará cuando llegue una trama con una dirección de destino que tuvo que eliminarse de la tabla de direcciones.

Dado que se desconoce la dirección de destino de la trama, el conmutador debe reenviar la trama a todos los demás puertos. Esta operación creará un trabajo innecesario para muchos procesadores de puertos; además, las copias de esta trama terminarán en aquellos segmentos de la red donde son completamente innecesarias. Algunos fabricantes de conmutadores resuelven este problema cambiando el algoritmo para manejar tramas con una dirección de destino desconocida. Uno de los puertos del conmutador está configurado como puerto troncal, al que se envían de forma predeterminada todas las tramas con una dirección desconocida.

La memoria intermedia interna del conmutador es necesaria para almacenar temporalmente tramas de datos en los casos en que no se pueden transmitir inmediatamente al puerto de salida. La zona de amortiguamiento está diseñada para suavizar las fluctuaciones del tráfico a corto plazo.

Después de todo, incluso si el tráfico está bien equilibrado y el rendimiento de los procesadores de puerto, así como de otros elementos de procesamiento del conmutador, es suficiente para transmitir valores de tráfico promedio, esto no garantiza que su rendimiento sea suficiente para picos muy grandes. cargas. Por ejemplo, el tráfico puede llegar simultáneamente a todas las entradas del conmutador en unas pocas decenas de milisegundos, impidiendo que transmita las tramas recibidas a los puertos de salida. Para evitar la pérdida de cuadros cuando la intensidad promedio del tráfico se excede repetidamente durante un corto período de tiempo (y para las redes locales, a menudo se encuentran valores del coeficiente de ondulación del tráfico en el rango de 50 a 100), el único medio es un búfer de gran volumen. Al igual que con las tablas de direcciones, cada módulo de procesador de puerto normalmente tiene su propia memoria intermedia para almacenar tramas. Cuanto mayor sea el volumen de esta memoria, menos probable será que se pierdan fotogramas por sobrecargas, aunque si los valores medios de tráfico están desequilibrados, el buffer tarde o temprano se desbordará.

Normalmente, los conmutadores diseñados para funcionar en partes críticas de la red tienen una memoria intermedia de varias decenas o cientos de kilobytes por puerto.

Es bueno que esta memoria intermedia se pueda redistribuir entre varios puertos, ya que es poco probable que se produzcan sobrecargas simultáneas en varios puertos. Un medio de protección adicional puede ser un búfer común a todos los puertos en el módulo de gestión del conmutador. Un búfer de este tipo suele tener una capacidad de varios megabytes.