Opbygning af et hjemmenetværk Hvad er smart ved smarte netværksswitches? Grundlæggende om broer og switches Hvorfor har du brug for en switch i et lokalt netværk?

Spørgsmål om opbygning af lokale netværk virker meget komplekse for ikke-specialistbrugere på grund af den omfattende terminologiske ordbog. Hubs og switches forestilles som komplekst udstyr, der minder om telefoncentraler, og oprettelsen af et lokalt hjemmenetværk bliver en grund til at henvende sig til specialister. Faktisk er switchen ikke så skræmmende som dens navn: begge enheder er elementære netværksknuder, der har minimal funktionalitet, kræver ikke viden om installation og drift og er ret tilgængelige for alle.

Definition

Hub— en netværkshub designet til at forbinde computere til et enkelt lokalt netværk ved at forbinde Ethernet-kabler.

Kontakt(switch) er en netværksswitch designet til at forbinde flere computere til et lokalt netværk via et Ethernet-interface.

Sammenligning

Som vi kan se af definitionen, er forskellen mellem en hub og en switch relateret til typen af enhed: hub og switch. På trods af én opgave - at organisere et lokalt netværk via Ethernet - nærmer enheder dets løsning på forskellige måder. En hub er en simpel splitter, der giver en direkte forbindelse mellem netværksklienter. En switch er en mere "smart" enhed, der distribuerer datapakker mellem klienter i overensstemmelse med anmodningen.

Hubben, der modtager et signal fra én node, sender det til alle tilsluttede enheder, og modtagelsen afhænger helt af modtageren: computeren skal selv genkende, om pakken er beregnet til den. Svaret antager naturligvis det samme mønster. Signalet stikker ind i alle segmenter af netværket, indtil det finder en, der vil modtage det. Denne omstændighed reducerer netværkets gennemløb (hhv. dataudvekslingshastighed). Switchen, der modtager en datapakke fra computeren, sender den nøjagtigt til den adresse, der blev angivet af afsenderen, hvilket aflaster netværket. Et netværk organiseret gennem en switch anses for at være mere sikkert: trafikudveksling sker direkte mellem to klienter, og andre kan ikke behandle et signal, der ikke er beregnet til dem. I modsætning til en hub giver en switch høj gennemstrømning af det oprettede netværk.

Logitec LAN-SW/PS Hub

Switchen kræver korrekt konfiguration af netværkskortet på klientcomputeren: IP-adressen og undernetmasken skal matche hinanden (undernetmasken angiver en del af IP-adressen som netværksadressen og den anden del som klientadressen). Hubben kræver ingen indstillinger, fordi den fungerer på det fysiske niveau af OSI-netværksmodellen og udsender et signal. Switchen fungerer på kanalniveau og udveksler datapakker. Et andet træk ved hubben er udligningen af noder med hensyn til dataoverførselshastighed, med fokus på de laveste hastigheder.

Switch COMPEX PS2208B

Konklusioner hjemmeside

Hub er en hub, switch er en switch.
Hub-enheden er den enkleste, switchen er mere "intelligent".
Hubben sender signalet til alle netværksklienter, switchen kun til modtageren.
Ydeevnen af et netværk organiseret gennem en switch er højere.
Switchen giver et højere niveau af dataoverførselssikkerhed.
Hubben fungerer på det fysiske lag af OSI-netværksmodellen, switchen på kanallaget.
Switchen kræver korrekt konfiguration af netværkskort på netværksklienter.

Switchen er en af de vigtigste enheder, der bruges til at bygge et lokalt netværk. I denne artikel vil vi tale om, hvad switche er og fokusere på de vigtige egenskaber, der skal tages i betragtning, når du vælger en lokal netværksswitch.

Lad os først se på det generelle blokdiagram for at forstå, hvilken plads switchen indtager i virksomhedens lokale netværk.

Figuren ovenfor viser det mest almindelige blokdiagram for et lille lokalt netværk. Som regel bruges adgangskontakter i sådanne lokale netværk.

Adgangskontakter er direkte forbundet til slutbrugere, hvilket giver dem adgang til lokale netværksressourcer.

Men i store lokale netværk udfører switche følgende funktioner:

Netværksadgangsniveau. Som nævnt ovenfor giver adgangskontakter forbindelsespunkter til slutbrugerenheder. I store lokale netværk kommunikerer adgangsswitchrammer ikke med hinanden, men transmitteres gennem distributionsswitches.

Distributionsniveau. Skifter på dette lag videresender trafik mellem adgangskontakter, men interagerer ikke med slutbrugere.

Systemkerneniveau. Enheder af denne type kombinerer datatransmissionskanaler fra distributionsniveauomskiftere i store territoriale lokale netværk og giver meget højhastigheds-omskiftning af datastrømme.

Afbrydere er:

Uadministrerede kontakter. Det er almindelige stand-alone enheder på et lokalt netværk, der administrerer dataoverførsel uafhængigt og ikke har mulighed for yderligere konfiguration. På grund af nem installation og lav pris, er de meget brugt til installation i hjemmet og i små virksomheder.

Administrerede kontakter. Mere avancerede og dyre enheder. De giver netværksadministratoren mulighed for selvstændigt at konfigurere dem til specificerede opgaver.

Administrerede switches kan konfigureres på en af følgende måder:

Via konsolport Via WEB interface

igennem Telnet via SNMP-protokol

Via SSH

Skift niveauer

Alle kontakter kan opdeles i modelniveauer OSI . Jo højere dette niveau er, jo større muligheder har switchen, men omkostningerne vil være betydeligt højere.

Layer 1 switches. Dette niveau inkluderer hubs, repeatere og andre enheder, der fungerer på det fysiske niveau. Disse enheder var til stede ved begyndelsen af udviklingen af internettet og bruges i øjeblikket ikke på det lokale netværk. Efter at have modtaget et signal, sender en enhed af denne type det blot videre til alle porte undtagen senderporten

Layer 2 switches2). Dette niveau inkluderer ikke-administrerede og nogle administrerede switche ( kontakt ) arbejder på modellens linkniveau OSI . Switche på andet niveau arbejder med frames - frames: en strøm af data opdelt i portioner. Efter at have modtaget rammen, læser lag 2-kontakten afsenderens adresse fra rammen og indtaster den i sin tabel MAC adresser, der matcher denne adresse med den port, hvor den modtog denne ramme. Takket være denne tilgang sender Layer 2 kun data videre til destinationsporten uden at skabe overskydende trafik på andre porte. Layer 2 switches forstår det ikke IP adresser placeret på modellens tredje netværksniveau OSI og arbejder kun på linkniveau.

Layer 2 switches understøtter de mest almindelige protokoller såsom:

IEEE 802.1 q eller VLAN virtuelle lokale netværk. Denne protokol giver dig mulighed for at oprette separate logiske netværk inden for det samme fysiske netværk.

For eksempel enheder tilsluttet den samme switch, men placeret i forskellige VLAN vil ikke se hinanden og vil kun være i stand til at transmittere data i deres eget broadcast-domæne (enheder fra samme VLAN). Indbyrdes vil computerne i figuren ovenfor være i stand til at overføre data ved hjælp af en enhed, der opererer på tredje niveau med IP adresser: router.

IEEE 802.1p (Prioritetsmærker ). Denne protokol er naturligt til stede i protokollen IEEE 802.1q og er et 3-bit felt fra 0 til 7. Denne protokol giver dig mulighed for at markere og sortere al trafik efter vigtighed ved at sætte prioriteter (maksimal prioritet 7). Rammer med højere prioritet videresendes først.

IEEE 802.1d Spanning tree-protokol (STP).Denne protokol opbygger et lokalt netværk i form af en træstruktur for at undgå netværksløkker og forhindre dannelsen af en netværksstorm.

Lad os sige, at det lokale netværk er installeret i form af en ring for at øge systemets fejltolerance. Switchen med den højeste prioritet i netværket vælges som root switch.I eksemplet ovenfor er SW3 roden. Uden at dykke ned i protokoludførelsesalgoritmer beregner switche stien med de maksimale omkostninger og blokerer den. For eksempel, i vores tilfælde, vil den korteste vej fra SW3 til SW1 og SW2 være gennem sine egne dedikerede grænseflader (DP) Fa 0/1 og Fa 0/2. I dette tilfælde vil standardstiprisen for 100 Mbit/s-grænsefladen være 19. Interface Fa 0/1 af den lokale netværksswitch SW1 er blokeret, fordi den samlede vejpris vil være summen af to overgange mellem 100 Mbit/s-grænseflader 19+19=38.

Hvis arbejdsruten er beskadiget, vil switchene genberegne stien og ophæve blokeringen af denne port

IEEE 802.1w Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP).Forbedret 802.1 standard d , som har højere stabilitet og kortere restitutionstid for kommunikationslinjen.

IEEE 802.1s Multiple spanning tree protokol.Den seneste version, under hensyntagen til alle manglerne i protokollerne STP og RSTP.

IEEE 802.3ad Link aggregering til parallel link.Denne protokol giver dig mulighed for at kombinere porte i grupper. Den samlede hastighed for en given aggregeringsport vil være summen af hastighederne for hver port i den.Den maksimale hastighed bestemmes af IEEE 802.3ad-standarden og er 8 Gbit/s.

Layer 3 switches3). Disse enheder kaldes også multiswitches, da de kombinerer mulighederne for switches, der fungerer på andet niveau, og routere, der fungerer med IP pakker på tredje niveau.Layer 3 switches understøtter fuldt ud alle funktionerne og standarderne for Layer 2 switches. Der er adgang til netværksenheder ved hjælp af IP-adresser. En lag 3-switch understøtter etableringen af forskellige forbindelser: l 2 tp, pptp, pppoe, vpn osv.

Layer 4 switches 4) . L4-niveauenheder, der fungerer på transportlagsmodellen OSI . Ansvarlig for at sikre pålideligheden af datatransmission. Disse switches kan, baseret på information fra pakkeheadere, forstå, at trafik tilhører forskellige applikationer, og træffe beslutninger om at omdirigere sådan trafik baseret på denne information. Navnet på sådanne enheder er ikke fastlagt; nogle gange kaldes de smart switches eller L4 switches.

Hovedkarakteristika for afbrydere

Antal porte. I øjeblikket er der switche med antallet af porte fra 5 til 48. Antallet af netværksenheder, der kan tilsluttes en given switch, afhænger af denne parameter.

For eksempel, når vi bygger et lille lokalt netværk på 15 computere, skal vi bruge en switch med 16 porte: 15 til tilslutning af slutenheder og en til installation og tilslutning af en router for at få adgang til internettet.

Dataoverførselshastighed. Dette er den hastighed, som hver switchport fungerer med. Typisk angives hastigheder som følger: 10/100/1000 Mbit/s. Portens hastighed bestemmes under automatisk forhandling med slutenheden. På administrerede switches kan denne parameter konfigureres manuelt.

For eksempel : En pc-klientenhed med et 1 Gbps netværkskort er forbundet til en switch-port med en driftshastighed på 10/100 Mbps c . Som et resultat af auto-forhandling accepterer enheder at bruge den maksimalt mulige hastighed på 100 Mbps.

Auto port forhandling mellem Fuld – duplex og halv – duplex. Fuld duplex: Dataoverførsel udføres samtidigt i to retninger. Halv-duplex Datatransmission udføres først i den ene retning, derefter i den anden retning sekventielt.

Indvendig stofbåndbredde. Denne parameter viser den samlede hastighed, hvormed switchen kan behandle data fra alle porte.

For eksempel: på et lokalt netværk er der en switch med 5 porte, der opererer med en hastighed på 10/100 Mbit/s. I de tekniske specifikationer er switching matrix parameteren 1 Gbit/ c . Det betyder, at hver port er inde Fuld duplex kan køre med en hastighed på 200 Mbit/ c (100 Mbit/s modtagelse og 100 Mbit/s transmission). Lad os antage, at parameteren for denne skiftematrix er mindre end den angivne. Det betyder, at portene under spidsbelastninger ikke vil kunne fungere med den deklarerede hastighed på 100 Mbit/s.

Auto MDI/MDI-X kabeltype forhandling. Denne funktion giver dig mulighed for at bestemme, hvilken af de to metoder, som EIA/TIA-568A eller EIA/TIA-568B parsnoet blev krympet. Ved installation af lokale netværk er EIA/TIA-568B-skemaet mest brugt.

Stabling er kombinationen af flere switches til en enkelt logisk enhed. Forskellige switch-producenter bruger deres egne stablingsteknologier, f.eks. c isco bruger Stack Wise stacking-teknologi med en 32 Gbps bus mellem switches og Stack Wise Plus med en 64 Gbps bus mellem switchene.

For eksempel er denne teknologi relevant i store lokale netværk, hvor det er nødvendigt at forbinde mere end 48 porte på basis af en enhed.

Montering til 19" rack. I hjemmemiljøer og små lokale netværk installeres switche ofte på flade overflader eller monteres på væggen, men tilstedeværelsen af såkaldte "ører" er nødvendig i større lokale netværk, hvor aktivt udstyr er placeret i serverskabe.

MAC bordstørrelseadresser En switch er en enhed, der fungerer på niveau 2 af modellen OSI . I modsætning til en hub, der blot omdirigerer den modtagne ramme til alle porte undtagen afsenderporten, lærer switchen: husker MAC adresse på afsenderens enhed, indtastning af den, portnummer og levetid for indtastningen i tabellen. Ved at bruge denne tabel videresender switchen ikke rammen til alle porte, men kun til modtagerporten. Hvis antallet af netværksenheder i det lokale netværk er betydeligt, og tabelstørrelsen er fuld, begynder switchen at overskrive ældre poster i tabellen og skriver nye, hvilket reducerer switchens hastighed betydeligt.

Jumboramme . Denne funktion gør det muligt for switchen at håndtere større pakkestørrelser end dem, der er defineret af Ethernet-standarden. Efter hver pakke er modtaget, bruges der noget tid på at behandle den. Når du bruger en øget pakkestørrelse ved hjælp af Jumbo Frame-teknologi, kan du spare på pakkebehandlingstiden i netværk, der bruger dataoverførselshastigheder på 1 Gb/sek og højere. Ved lavere hastighed er der ingen stor gevinst

Skifter tilstande.For at forstå princippet om drift af switching modes, skal du først overveje strukturen af rammen, der transmitteres på datalinkniveauet mellem netværksenheden og switchen på det lokale netværk:

Som det kan ses af billedet:

Først kommer præamblen, der signalerer starten på rammetransmission,
Så MAC destinationsadresse ( DA) og MAC afsenderens adresse ( S.A.)
Tredje niveau ID: IPv 4 eller IPv 6 bruges
Og til sidst checksummen FCS: En 4 byte CRC-værdi, der bruges til at detektere transmissionsfejl. Beregnes af den afsendende part og placeres i FCS-feltet. Den modtagende part beregner denne værdi uafhængigt og sammenligner den med den modtagne værdi.

Lad os nu se på skiftetilstandene:

Gem - og - frem. Denne skiftetilstand gemmer hele rammen i en buffer og kontrollerer feltet FCS , som er i slutningen af rammen, og hvis kontrolsummen af dette felt ikke stemmer overens, kasserer hele rammen. Som et resultat reduceres sandsynligheden for netværksoverbelastning, da det er muligt at kassere rammer med fejl og forsinke transmissionstiden for pakken. Denne teknologi er til stede i dyrere switches.

Skære igennem. Enklere teknologi. I dette tilfælde kan frames behandles hurtigere, da de ikke er fuldstændigt gemt i bufferen. Til analyse gemmes data fra begyndelsen af rammen til destinationens MAC-adresse (DA), inklusive, i en buffer. Switchen læser denne MAC-adresse og videresender den til destinationen. Ulempen ved denne teknologi er, at switchen i dette tilfælde videresender både dværgpakker med en længde på mindre end 512 bit intervaller og beskadigede pakker, hvilket øger belastningen på det lokale netværk.

PoE teknologi support

Pover over ethernet-teknologi giver dig mulighed for at forsyne en netværksenhed over det samme kabel. Denne løsning giver dig mulighed for at reducere omkostningerne ved yderligere installation af forsyningsledninger.

Følgende PoE-standarder findes:

PoE 802.3af understøtter udstyr op til 15,4 W

PoE 802.3at understøtter udstyr op til 30W

Passiv PoE

PoE 802.3 af/at har intelligente styrekredsløb til at levere spænding til enheden: før strømforsyningen til PoE-enheden forhandler af/at-standardkilden med den for at undgå beskadigelse af enheden. Passiv PoE er meget billigere end de to første standarder; strøm leveres direkte til enheden via frie par af netværkskablet uden nogen koordinering.

Karakteristika for standarder

PoE 802.3af-standarden understøttes af de fleste billige IP-kameraer, IP-telefoner og adgangspunkter.

PoE 802.3at-standarden findes i dyrere modeller af IP-videoovervågningskameraer, hvor det ikke er muligt at opfylde 15,4 W. I dette tilfælde skal både IP-videokameraet og PoE-kilden (switchen) understøtte denne standard.

Udvidelsesåbninger. Switche kan have yderligere udvidelsesslots. De mest almindelige er SFP-moduler (Small Form-factor Pluggable). Modulære, kompakte transceivere, der bruges til datatransmission i et telekommunikationsmiljø.

SFP-moduler indsættes i en ledig SFP-port på en router, switch, multiplexer eller mediekonverter. Selvom SFP Ethernet-moduler findes, er de mest almindeligeFiberoptiske moduler bruges til at forbinde hovedkanalen ved transmission af data over lange afstande uden for Ethernet-standardens rækkevidde. SFP-moduler vælges afhængigt af afstand og dataoverførselshastighed. De mest almindelige er dual-fiber SFP-moduler, som bruger den ene fiber til at modtage og den anden til at overføre data. WDM-teknologi tillader dog datatransmission ved forskellige bølgelængder over et enkelt optisk kabel.

SFP-moduler er:

SX - 850 nm brugt med multimode optisk kabel over afstande op til 550m
LX - 1310 nm bruges med begge typer optiske kabler (SM og MM) i en afstand på op til 10 km
BX - 1310/1550 nm bruges med begge typer optiske kabler (SM og MM) i en afstand på op til 10 km
XD - 1550 nm bruges med single mode kabel op til 40 km, ZX op til 80 km, EZ eller EZX op til 120 km og DWDM

Selve SFP-standarden sørger for datatransmission med en hastighed på 1 Gbit/s eller med en hastighed på 100 Mbit/s. For hurtigere dataoverførsel blev SFP+-moduler udviklet:

SFP+ dataoverførsel ved 10 Gbps
XFP-dataoverførsel ved 10 Gbps
QSFP+ dataoverførsel ved 40 Gbps
CFP-dataoverførsel ved 100 Gbps

Men ved højere hastigheder behandles signaler ved høje frekvenser. Dette kræver større varmeafledning og dermed større dimensioner. Derfor er SFP-formfaktoren stadig kun bevaret i SFP+-moduler.

Konklusion

Mange læsere er sikkert stødt på uadministrerede switches og lave omkostninger administrerede layer 2-switches i små lokale netværk. Valget af switches til at bygge større og teknisk komplekse lokale netværk overlades dog bedst til fagfolk.

Safe Kuban bruger switches af følgende mærker ved installation af lokale netværk:

Professionel løsning:

Cisco

Qtech

Budget løsning

D-Link

Tp-Link

Tenda

Safe Kuban udfører installation, idriftsættelse og vedligeholdelse af lokale netværk i Krasnodar og det sydlige Rusland.

For at oprette et lokalt eller hjemmenetværk skal du bruge specielle enheder. Fra denne artikel vil du lære lidt om dem. Jeg vil forsøge at forklare så enkelt som muligt, så alle kan forstå.

Formål .

Hub, switch og router er designet til at skabe et netværk mellem computere. Efter oprettelsen vil dette netværk naturligvis også fungere.

Forskel .

Hvad er en hub

En hub er en repeater. Alt, hvad der er forbundet med det, vil blive gentaget. Man er givet til navet, og derfor hænger alt sammen.
For eksempel tilsluttede du 5 computere gennem Huben. For at overføre data fra den femte computer til den første, vil dataene passere gennem alle computere på netværket. Det er ligesom en parallel telefon – enhver computer kan få adgang til dine data, og det kan du også. På grund af dette øges belastningen og fordelingen også. Jo flere computere der er tilsluttet, jo langsommere bliver forbindelsen og jo større belastning på netværket. Derfor bliver der i dag produceret færre og færre hubs, og mindre og mindre bliver brugt. Snart forsvinder de helt.

Hvad er en switch?

Switchen erstatter navet og korrigerer manglerne ved sin forgænger. Hver tilsluttet switchen har sin egen separate IP-adresse. Dette reducerer belastningen på netværket, og hver computer vil kun modtage det, den har brug for, og andre vil ikke vide om det. Men skiftet har en ulempe forbundet med værdighed. Faktum er, at hvis du vil opdele netværket i mere end 2 computere, så skal du bruge flere IP-adresser. Dette afhænger normalt af udbyderen, og de giver normalt kun én IP-adresse.

Hvad er en router?

Router – det kaldes ofte også en router. Hvorfor? Ja, fordi det er et link mellem to forskellige netværk og transmitterer data baseret på en specifik rute angivet i dens routingtabel. For at sige det meget enkelt er routeren et mellemled mellem dit netværk og internetadgang. Routeren retter alle sine forgængeres fejl, og det er derfor, den er den mest populære i dag. Især i betragtning af det faktum, at routere ofte er udstyret med Wi-Fi-antenner til at overføre internettet til trådløse enheder, og også har mulighed for at tilslutte USB-modemmer.

Routeren kan bruges enten separat: PC -> router -> Internet, eller sammen med andre enheder: PC -> switch/hub -> router -> Internet.

En anden fordel ved routeren er dens nemme installation. Ofte kræves der kun minimal viden fra dig for at oprette forbindelse, konfigurere et netværk og få adgang til internettet.

Så. Lad mig kort opsummere.

Alle disse enheder er nødvendige for at skabe et netværk. Hub og switch er ikke meget forskellige fra hinanden. En router er den mest nødvendige og bekvemme løsning til at skabe et netværk.

Valget af router, der skal bruges, bestemmes af Ethernet-grænseflader, der matcher switch-teknologien i midten af LAN. Det er vigtigt at bemærke, at routere tilbyder mange LAN-tjenester og -funktioner.

Hvert LAN har en router, som bruges som en gateway til at forbinde LAN til andre netværk. Et LAN har en eller flere hubs eller switche til at forbinde slutenheder til LAN.

Routere er de vigtigste enheder, der bruges til at forbinde netværk. Hver port på routeren forbinder til et andet netværk og dirigerer pakker mellem netværk. Routere kan opdele broadcast- og kollisionsdomæner.

Routere bruges også til at forbinde netværk, der bruger forskellige teknologier. De kan have både LAN- og WAN-grænseflader.

Routeres LAN-grænseflader giver dem mulighed for at oprette forbindelse til LAN-medier. Disse er typisk UTP-kabelforbindelser, men moduler kan tilføjes for at tillade det fiberoptik. Afhængigt af serien eller modellen af routere kan de have flere typer interfaces til WAN- og LAN-kabelforbindelser.

Intranet enheder

For at oprette et LAN skal vi vælge passende enheder til at forbinde slutknuderne til netværket. De to mest almindelige enheder, der bruges, er hubs og switches.

Hub

Hubben modtager signalet, regenererer det og sender det til alle porte. Brugen af hubs skaber en logisk bus. Det betyder, at LAN'et bruger mediet i multi-access-tilstand. Portene bruger en tilgang til båndbreddedeling, hvilket ofte resulterer i reduceret ydeevne på LAN på grund af kollisioner og genopretning. Selvom flere hubs kan tilsluttes, vil der stadig være et enkelt kollisionsdomæne.

Hubs er billigere end switches. En hub vælges normalt som en mellemliggende enhed til et meget lille LAN, der har lave båndbreddekrav, eller hvor økonomien er begrænset.

Kontakt

Switchen modtager rammen og regenererer hver bit af rammen til den tilsvarende destinationsport. Denne enhed bruges til at segmentere netværket i flere kollisionsdomæner. I modsætning til en hub reducerer en switch antallet af kollisioner på LAN. Hver port på switchen opretter et separat kollisionsdomæne. Dette skaber en logisk punkt-til-punkt-topologi for enheden på hver port. Derudover giver switchen dedikeret båndbredde på hver port, hvilket kan forbedre LAN-ydeevnen. En LAN-switch kan også bruges til at forbinde netværkssegmenter med forskellige hastigheder.

Generelt er switche valgt til at forbinde enheder til LAN. Selvom en switch er dyrere end en hub, gør dens forbedrede ydeevne og pålidelighed den omkostningseffektiv.

Der findes en lang række switches med en række funktioner, der giver dig mulighed for at forbinde mange computere i en typisk virksomheds LAN-opsætning.

18/03/1997 Dmitry Ganzha

Switche indtager en central plads i moderne lokalnetværk. TYPER AF SWITCHING SWITCHING HUBS METODER TIL PAKKEBEHANDLING RISC OG ASIC-ARKITEKTUR AF HØJKLASSE SWITCHES BYGGER VIRTUELLE NETVÆRK TREDJE NIVEAU SWITCHING KONKLUSION Switching er en af de mest populære moderne teknologier.

Switche indtager en central plads i moderne lokalnetværk.

Switching er en af de mest populære moderne teknologier. Switche fortrænger broer og routere til periferien af lokale netværk og efterlader rollen som at organisere kommunikation gennem det globale netværk. Denne popularitet af switches skyldes primært, at de gennem mikrosegmentering giver mulighed for at øge netværkets ydeevne sammenlignet med delte netværk med samme nominelle båndbredde. Ud over at opdele netværket i små segmenter, gør switche det muligt at organisere tilsluttede enheder i logiske netværk og nemt omgruppere dem, når det er nødvendigt; med andre ord giver de dig mulighed for at skabe virtuelle netværk.

Hvad er en switch? Ifølge IDC-definitionen er "en switch en enhed designet i form af en hub og fungerer som en højhastigheds multiport-bro; den indbyggede switching-mekanisme tillader segmentering af det lokale netværk og allokering af båndbredde til slutstationer i netværk" (se M. Kulgins artikel "Byg et netværk, plant et træ..." i februarnummeret LAN). Denne definition gælder dog primært for rammekontakter.

TYPER AF SKIFT

Skift refererer normalt til fire forskellige teknologier - konfigurationsskift, rammeskift, celleskift og ramme-til-celle-konvertering.

Konfigurationsskift er også kendt som portswitch, hvor en specifik port på et smart hub-modul er tildelt et af de interne Ethernet-segmenter (eller Token Ring). Denne tildeling foretages eksternt gennem softwarenetværksadministration, når brugere og ressourcer tilslutter sig eller flytter på netværket. I modsætning til andre switching-teknologier forbedrer denne metode ikke ydeevnen af det delte LAN.

Frame switching, eller LAN switching, bruger standard Ethernet (eller Token Ring) rammeformater. Hver frame behandles af den nærmeste switch og transmitteres videre over netværket direkte til modtageren. Som et resultat bliver netværket til et sæt parallelle direkte højhastighedskanaler. Vi vil se på, hvordan rammeskift udføres inde i en switch nedenfor ved hjælp af eksemplet med en switching-hub.

Celleskift bruges i ATM. Brugen af små celler med fast længde gør det muligt at skabe billige, højhastighedskoblingsstrukturer på hardwareniveau. Både frame-switches og mesh-switches kan understøtte flere uafhængige arbejdsgrupper uanset deres fysiske forbindelse (se afsnittet "Opbygning af virtuelle netværk").

Konverteringen mellem rammer og celler gør det for eksempel muligt for en station med et Ethernet-kort at kommunikere direkte med enheder på et ATM-netværk. Denne teknologi bruges til at efterligne et lokalt netværk.

I denne lektion vil vi primært være interesserede i frame switching.

SKIFTE HUBS

Den første switching-hub, kaldet EtherSwictch, blev introduceret af Kalpana. Denne hub gjorde det muligt at reducere netværksstridigheder ved at reducere antallet af noder i et logisk segment ved hjælp af mikrosegmenteringsteknologi. I det væsentlige blev antallet af stationer i et segment reduceret til to: den station, der initierede anmodningen, og den station, der svarede på anmodningen. Ingen anden station ser den information, der sendes mellem dem. Pakker transmitteres som gennem en bro, men uden den forsinkelse, der er forbundet med en bro.

I et switchet Ethernet-netværk kan hvert medlem af en gruppe af flere brugere samtidigt garanteres 10 Mbps gennemløb. Den bedste måde at forstå, hvordan sådan en hub fungerer, er at bruge en analogi med en almindelig gammel telefonkontakt, hvor deltagerne i dialogen er forbundet med et koaksialkabel. Når en abonnent ringede til "evig" 07 og bad om at blive tilsluttet sådan og sådan et nummer, tjekkede operatøren først og fremmest, om linjen var ledig; i så fald tilsluttede han deltagerne direkte ved hjælp af et stykke kabel. Ingen andre (med undtagelse af efterretningstjenesterne, selvfølgelig) kunne høre deres samtale. Efter at opkaldet var afsluttet, frakoblede operatøren kablet fra begge porte og ventede på det næste opkald.

Switching-hubs fungerer på lignende måde (se figur 1): de videresender pakker fra en input-port til en output-port gennem switch-strukturen. Når en pakke ankommer til en inputport, læser switchen dens MAC-adresse (dvs. lag 2-adresse), og den videresendes straks til den port, der er knyttet til denne adresse. Hvis porten er optaget, placeres pakken i en kø. Grundlæggende er en kø en buffer på en inputport, hvor pakker venter på, at den ønskede port bliver fri. Buffermetoderne er dog lidt anderledes.

Billede 1.
Switching-hubs fungerer på samme måde som ældre telefonkontakter: de forbinder en input-port direkte til en output-port gennem en switch-struktur.

METODER TIL PAKKEBEHANDLING

Ved ende-til-ende-omskiftning (også kaldet omskiftning under flyvning og bufferfri omstilling) læser switchen kun adressen på den indgående pakke. Pakken transmitteres videre uanset fraværet eller tilstedeværelsen af fejl i den. Dette kan reducere pakkebehandlingstiden betydeligt, da kun de første par bytes læses. Derfor er det op til den modtagende part at identificere defekte pakker og anmode om deres gentransmission. Moderne kabelsystemer er dog pålidelige nok til, at behovet for retransmission på mange netværk er minimalt. Ingen er dog immune over for fejl i tilfælde af et beskadiget kabel, defekt netværkskort eller interferens fra en ekstern elektromagnetisk kilde.

Når der skiftes med mellembuffering, sender switchen, der modtager en pakke, den ikke videre, før den læser den fuldstændigt, eller i det mindste læser al den information, den har brug for. Den bestemmer ikke kun modtagerens adresse, men kontrollerer også kontrolsummen, dvs. den kan afskære defekte pakker. Dette giver dig mulighed for at isolere det fejlproducerende segment. Buffer-og-frem-switch understreger således pålidelighed frem for hastighed.

Bortset fra de to ovennævnte bruger nogle switche en hybridmetode. Under normale forhold giver de ende-til-ende skift, men overvåger antallet af fejl ved at kontrollere kontrolsummer. Hvis antallet af fejl når en specificeret tærskel, går de i skiftetilstand med fremad buffering. Når antallet af fejl falder til et acceptabelt niveau, vender de tilbage til ende-til-ende-omskiftningstilstand. Denne type switching kaldes threshold eller adaptive switching.

RISC OG ASIC

Ofte implementeres buffer-forward-switches ved hjælp af standard RISC-processorer. En fordel ved denne tilgang er, at den er relativt billig sammenlignet med ASIC-switche, men den er ikke særlig god til specialiserede applikationer. Indskiftning af sådanne enheder udføres ved hjælp af software, så deres funktionalitet kan ændres ved at opgradere den installerede software. Deres ulempe er, at de er langsommere end ASIC-baserede switche.

Switche med ASIC integrerede kredsløb er designet til at udføre specialiserede opgaver: al deres funktionalitet er "hardwired" i hardwaren. Der er også en ulempe ved denne tilgang: når modernisering er nødvendig, er producenten tvunget til at omarbejde kredsløbet. ASIC'er giver typisk ende-til-ende-omskiftning. Switch-strukturen ASIC skaber dedikerede fysiske stier mellem en input- og outputport, som vist i .

ARKITEKTUR AF HØJKLASSE SWITCHES

Avancerede switche er typisk modulære i design og kan udføre både pakke- og celleskift. Modulerne i en sådan switch udfører skift mellem netværk af forskellige typer, herunder Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI og ATM. I dette tilfælde er hovedomskiftningsmekanismen i sådanne enheder ATM-omskiftningsstrukturen. Vi vil se på arkitekturen af sådanne enheder ved at bruge Bay Networks Centillion 100 som eksempel.

Skiftet udføres ved hjælp af følgende tre hardwarekomponenter (se figur 2):

ATM backplane til ultra-højhastigheds celleoverførsel mellem moduler;

et CellManager integreret kredsløb til specialformål på hvert modul til at styre celleoverførsel på tværs af bagplanet;

et SAR integreret kredsløb til specialformål på hvert modul til at konvertere rammer til celler og omvendt.

(1x1)

Figur 2.
Celleskift bliver i stigende grad brugt i avancerede switches på grund af dens høje hastighed og lette migrering til ATM.

Hvert switch-modul har I/O-porte, bufferhukommelse og en CellManager ASIC. Derudover har hvert LAN-modul også en RISC-processor til at udføre rammeskift mellem lokale porte og en pakkesamler/disassembler til at konvertere rammer og celler til hinanden. Alle moduler kan uafhængigt skifte mellem deres porte, så kun trafik bestemt til andre moduler sendes gennem backplanet.

Hvert modul vedligeholder sin egen adressetabel, og hovedkontrolprocessoren kombinerer dem til én fælles tabel, så et individuelt modul kan se netværket som en helhed. Hvis for eksempel et Ethernet-modul modtager en pakke, bestemmer det, hvem pakken er adresseret til. Hvis adressen er i den lokale adressetabel, skifter RISC-processoren pakken mellem lokale porte. Hvis destinationen er på et andet modul, så konverterer assembler/disassembler pakken til celler. CellManageren specificerer en destinationsmaske til at identificere modulet/modulerne og portene, som cellernes nyttelast er destineret til. Ethvert modul, hvis kortmaskebit er specificeret i destinationsmasken, kopierer cellen til lokal hukommelse og transmitterer dataene til den tilsvarende outputport i overensstemmelse med de specificerede portmaskebit.

BYGNING AF VIRTUELLE NETVÆRK

Ud over at øge produktiviteten giver switche dig mulighed for at oprette virtuelle netværk. En af metoderne til at skabe et virtuelt netværk er at skabe et broadcast-domæne gennem en logisk forbindelse af porte inden for den fysiske infrastruktur af en kommunikationsenhed (dette kan enten være en smart hub - konfigurationsswitch eller en switch - frame switching). For eksempel tildeles de ulige porte på en enhed med otte porte til et virtuelt netværk, og de lige porte tildeles et andet. Som et resultat bliver en station i et virtuelt netværk isoleret fra stationer i et andet. Ulempen ved denne metode til at organisere et virtuelt netværk er, at alle stationer, der er tilsluttet den samme port, skal tilhøre det samme virtuelle netværk.

En anden metode til at oprette et virtuelt netværk er baseret på MAC-adresserne på tilsluttede enheder. Med denne metode til at organisere et virtuelt netværk kan enhver medarbejder forbinde for eksempel sin bærbare computer til en hvilken som helst switch-port, og den vil automatisk afgøre, om hans bruger tilhører et bestemt virtuelt netværk baseret på MAC-adressen. Denne metode giver også brugere, der er tilsluttet den samme switch-port, mulighed for at tilhøre forskellige virtuelle netværk. For mere information om virtuelle netværk, se artiklen af A. Avduevsky "Sådanne rigtige virtuelle netværk" i marts-udgaven af LAN for i år.

NIVEAU 3 SKIFT

På trods af alle deres fordele har switches én væsentlig ulempe: de er ude af stand til at beskytte netværket mod laviner af broadcast-pakker, og dette fører til uproduktiv netværksbelastning og øget responstid. Routere kan overvåge og filtrere unødvendig broadcast-trafik, men de er størrelsesordener langsommere. Ifølge Case Technologies dokumentation er den typiske ydeevne for en router således 10.000 pakker i sekundet, og dette kan ikke sammenlignes med den samme indikator for en switch - 600.000 pakker i sekundet.

Som et resultat er mange producenter begyndt at indbygge routing-funktioner i switches. For at forhindre, at switchen bliver væsentligt langsommere, bruges forskellige teknikker: for eksempel implementeres både Layer 2 switching og Layer 3 switching direkte i hardware (ASIC'er). Forskellige producenter kalder denne teknologi forskelligt, men målet er det samme: routing-switchen skal udføre Layer 3-funktioner med samme hastighed som Layer 2-funktioner. En vigtig faktor er prisen på sådan en enhed pr. port: den skal også være lav, ligesom switches (se artikel af Nick Lippis i næste nummer af LAN-magasinet).

KONKLUSION

Afbrydere er både strukturelt og funktionelt meget forskellige; Det er umuligt at dække alle deres aspekter i en kort artikel. I den næste vejledning vil vi se nærmere på ATM-switche.

Dmitry Ganzha er den administrerende redaktør af LAN. Han kan kontaktes på: [e-mail beskyttet].

Switche i det lokale netværk