heim Herausgeber

Ethernet-Switch-Klassen. Vergleich von Netzwerkgeräten. Technische Parameter von Schaltern Vergleich von Schaltern

Leistung, Sind:

Frame-Filtergeschwindigkeit;
Geschwindigkeit des Personalaufstiegs;
Durchsatz;
Übertragungsverzögerung rahmen.

Darüber hinaus gibt es mehrere Schaltereigenschaften, die den größten Einfluss auf diese Leistungsspezifikationen haben. Diese beinhalten:

Schalttyp;
Größe der Bildpuffer;
Leistung der Schaltmatrix;
Leistung des Prozessors oder der Prozessoren;
Größe Schalttische.

Filtergeschwindigkeit und Frame-Fortschrittsgeschwindigkeit

Frame-Filterung und Weiterleitungsgeschwindigkeit sind zwei wichtige Leistungsmerkmale eines Switches. Diese Merkmale sind integrale Indikatoren und hängen nicht von der technischen Umsetzung der Umstellung ab.

Filtrationsgeschwindigkeit

Empfangen des Frames in Ihrem Puffer;
Verwerfen eines Frames, wenn darin ein Fehler erkannt wird (die Prüfsumme stimmt nicht überein oder der Frame ist weniger als 64 Bytes oder mehr als 1518 Bytes groß);
Frame-Drop, um Schleifen im Netzwerk zu vermeiden;
Verwerfen des Frames gemäß den am Port konfigurierten Filtern;
ansehen Schalttische um den Zielport anhand der MAC-Adresse des Frame-Empfängers zu finden und den Frame zu verwerfen, wenn die sendenden und empfangenden Knoten des Frames mit demselben Port verbunden sind.

Die Filtergeschwindigkeit fast aller Switches ist nicht blockierend – der Switch schafft es, Frames mit der Rate zu verwerfen, mit der sie ankommen.

Weiterleitungsgeschwindigkeit bestimmt die Rate, mit der der Switch die folgenden Frame-Verarbeitungsschritte ausführt:

Empfangen des Frames in Ihrem Puffer;
ansehen Schalttische um den Zielport anhand der MAC-Adresse des Frame-Empfängers zu finden;
Übertragung des Frames an das Netzwerk über das gefundene Schalttisch Zielhafen.

Sowohl die Filtergeschwindigkeit als auch die Weiterleitungsgeschwindigkeit werden normalerweise in Bildern pro Sekunde gemessen. Wenn die Eigenschaften des Switches nicht angeben, für welches Protokoll und für welche Framegröße die Filter- und Weiterleitungsgeschwindigkeiten angegeben sind, wird standardmäßig davon ausgegangen, dass diese Indikatoren für das Ethernet-Protokoll und Frames der Mindestgröße angegeben sind, d. Frames mit einer Länge von 64 Byte (ohne Präambel) und einem Datenfeld von 46 Byte. Die Verwendung von Frames mit minimaler Länge als Hauptindikator für die Verarbeitungsgeschwindigkeit eines Switches erklärt sich aus der Tatsache, dass solche Frames im Vergleich zu Frames anderer Formate mit gleichem Durchsatz an übertragenen Benutzerdaten immer den schwierigsten Betriebsmodus für den Switch darstellen. Daher wird beim Testen eines Switches der Modus mit minimaler Framelänge als schwierigster Test verwendet, der die Fähigkeit des Switches überprüfen soll, unter der schlechtesten Kombination von Verkehrsparametern zu funktionieren.

Durchsatz wechseln gemessen an der Menge an Benutzerdaten (in Megabit oder Gigabit pro Sekunde), die pro Zeiteinheit über seine Ports übertragen werden. Da der Switch auf der Datenverbindungsschicht arbeitet, sind seine Benutzerdaten die Daten, die in das Datenfeld der Protokollrahmen der Datenverbindungsschicht übertragen werden – Ethernet, Fast Ethernet usw. Der maximale Wert des Switch-Durchsatzes wird immer bei Frames von erreicht maximale Länge, denn wenn In diesem Fall ist der Anteil der Overhead-Kosten für Frame-Service-Informationen viel geringer als für Frames mit minimaler Länge, und die Zeit, die der Switch für Frame-Verarbeitungsvorgänge pro Byte Benutzerinformationen ausführt, ist deutlich kürzer. Daher kann ein Switch für Frames mit einer Mindestlänge blockieren, hat aber dennoch einen sehr guten Durchsatz.

Frame-Übertragungsverzögerung (Vorwärtsverzögerung) wird als die Zeit gemessen, die vom Eintreffen des ersten Bytes des Frames am Eingangsport des Switches bis zum Erscheinen dieses Bytes am Ausgangsport vergeht. Die Verzögerung besteht aus der Zeit, die für das Puffern der Frame-Bytes aufgewendet wird, sowie der Zeit, die für die Verarbeitung des Frames durch den Switch, nämlich die Anzeige, aufgewendet wird Schalttische, Weiterleitungsentscheidungen treffen und Zugriff auf die Ausgabeportumgebung erhalten.

Die durch einen Switch verursachte Latenz hängt von der verwendeten Switching-Methode ab. Erfolgt die Umschaltung ohne Pufferung, sind die Verzögerungen in der Regel gering und liegen zwischen 5 und 40 µs, bei voller Frame-Pufferung zwischen 50 und 200 µs (für Frames mit minimaler Länge).

Tischgröße wechseln

Maximale Kapazität Schalttische Definiert die Grenze für die Anzahl der MAC-Adressen, die der Switch gleichzeitig bedienen kann. IN Schalttisch Für jeden Port können sowohl dynamisch erlernte MAC-Adressen als auch statische MAC-Adressen, die vom Netzwerkadministrator erstellt wurden, gespeichert werden.

Die maximale Anzahl von MAC-Adressen, die gespeichert werden können Schalttisch, hängt von der Anwendung des Schalters ab. D-Link-Switches für Arbeitsgruppen und kleine Büros unterstützen normalerweise 1K- bis 8K-MAC-Adresstabellen. Große Arbeitsgruppen-Switches unterstützen eine MAC-Adresstabelle mit einer Kapazität von 8.000 bis 16.000, und Netzwerk-Backbone-Switches unterstützen typischerweise 16.000 bis 64.000 Adressen oder mehr.

Unzureichende Kapazität Schalttische kann dazu führen, dass der Switch langsamer wird und das Netzwerk durch übermäßigen Datenverkehr verstopft wird. Wenn die Switch-Tabelle vollständig gefüllt ist und der Port in einem eingehenden Frame auf eine neue Quell-MAC-Adresse trifft, kann der Switch diese nicht in die Tabelle eintragen. In diesem Fall wird der Antwortrahmen an diese MAC-Adresse über alle Ports (außer dem Quellport) gesendet, d. h. führt zu einer Lawinenübertragung.

Rahmenpufferkapazität

Um Frames vorübergehend zu speichern, wenn diese nicht sofort an den Ausgangsport übertragen werden können, sind Switches je nach implementierter Architektur mit Puffern an Eingangs- und Ausgangsports oder einem gemeinsamen Puffer für alle Ports ausgestattet. Die Puffergröße beeinflusst sowohl die Frame-Übertragungsverzögerung als auch die Paketverlustrate. Je größer der Pufferspeicher ist, desto unwahrscheinlicher ist daher ein Bildverlust.

Typischerweise verfügen Switches, die für den Betrieb in kritischen Teilen des Netzwerks ausgelegt sind, über einen Pufferspeicher von mehreren zehn oder hundert Kilobyte pro Port. Der allen Ports gemeinsame Puffer hat in der Regel eine Kapazität von mehreren Megabyte.

Wie wählt man angesichts der vorhandenen Vielfalt einen Schalter aus? Die Funktionalität moderner Modelle ist sehr unterschiedlich. Sie können entweder einen einfachen nicht verwalteten Switch oder einen multifunktionalen verwalteten Switch erwerben, der sich nicht wesentlich von einem vollwertigen Router unterscheidet. Ein Beispiel für Letzteres ist Mikrotik CRS125-24G-1S-2HND-IN aus der neuen Cloud Router Switch-Reihe. Dementsprechend wird der Preis solcher Modelle deutlich höher sein.

Daher müssen Sie bei der Auswahl eines Schalters zunächst entscheiden, welche Funktionen und Parameter moderner Schalter Sie benötigen und für welche Sie nicht zu viel bezahlen sollten. Aber zuerst eine kleine Theorie.

Arten von Schaltern

Während sich zuvor verwaltete Switches jedoch von nicht verwalteten Switches unterschieden, einschließlich eines größeren Funktionsumfangs, kann der Unterschied jetzt nur noch in der Möglichkeit oder Unmöglichkeit der Remote-Geräteverwaltung liegen. Im Übrigen fügen die Hersteller selbst den einfachsten Modellen zusätzliche Funktionen hinzu, was häufig deren Kosten erhöht.

Daher ist derzeit die Klassifizierung der Schalter nach Ebenen aussagekräftiger.

Ebenen wechseln

Um einen Schalter auszuwählen, der unseren Anforderungen am besten entspricht, müssen wir seinen Pegel kennen. Diese Einstellung wird basierend auf dem OSI-Netzwerkmodell (Datenübertragung) bestimmt, das das Gerät verwendet.

Geräte erste Ebene, verwenden körperlich Datenübertragung sind nahezu vom Markt verschwunden. Wenn sich noch jemand an Hubs erinnert, dann ist dies nur ein Beispiel für eine physische Ebene, auf der Informationen in einem kontinuierlichen Strom übertragen werden.
Level 2. Fast alle nicht verwalteten Switches fallen in diese Kategorie. Die sogenannte Kanal Netzwerkmodell. Geräte teilen eingehende Informationen in einzelne Pakete (Frames) auf, prüfen diese und senden sie an ein bestimmtes Empfängergerät. Grundlage für die Informationsverteilung in Second-Level-Switches sind MAC-Adressen. Daraus erstellt der Switch eine Adressierungstabelle und merkt sich, welche MAC-Adresse welchem Port entspricht. Sie verstehen keine IP-Adressen.

Stufe 3. Durch die Wahl eines solchen Schalters erhalten Sie ein Gerät, das bereits mit IP-Adressen arbeitet. Es unterstützt auch viele andere Möglichkeiten für die Arbeit mit Daten: Konvertierung logischer Adressen in physische, Netzwerkprotokolle IPv4, IPv6, IPX usw., pptp, pppoe, VPN-Verbindungen und andere. Auf dem Dritten, Netzwerk Aufgrund der Datenübertragungsrate funktionieren fast alle Router und der „fortschrittlichste“ Teil der Switches.

Level 4. Das hier verwendete OSI-Netzwerkmodell heißt Transport. Nicht einmal alle Router unterstützen dieses Modell. Die Verkehrsverteilung erfolgt auf intelligenter Ebene – das Gerät kann mit Anwendungen zusammenarbeiten und diese anhand der Header von Datenpaketen an die gewünschte Adresse weiterleiten. Darüber hinaus garantieren Transportschichtprotokolle, beispielsweise TCP, die Zuverlässigkeit der Paketzustellung, behalten eine bestimmte Reihenfolge ihrer Übertragung bei und sind in der Lage, den Verkehr zu optimieren.

Wählen Sie einen Schalter aus – lesen Sie die Eigenschaften

Wie wählt man einen Schalter anhand von Parametern und Funktionen aus? Schauen wir uns an, was mit einigen der häufig verwendeten Symbole in Spezifikationen gemeint ist. Zu den Grundparametern gehören:

Anzahl der Ports. Ihre Anzahl variiert zwischen 5 und 48. Bei der Auswahl eines Switches ist es besser, eine Reserve für den weiteren Netzwerkausbau vorzusehen.

Grunddatenrate. Am häufigsten sehen wir die Bezeichnung 10/100/1000 Mbit/s – die Geschwindigkeiten, die jeder Port des Geräts unterstützt. Das heißt, der ausgewählte Switch kann mit einer Geschwindigkeit von 10 Mbit/s, 100 Mbit/s oder 1000 Mbit/s betrieben werden. Es gibt eine ganze Reihe von Modellen, die sowohl mit Gigabit- als auch mit 10/100 Mbit/s-Anschlüssen ausgestattet sind. Die meisten modernen Switches arbeiten nach dem IEEE 802.3 Nway-Standard und erkennen die Portgeschwindigkeiten automatisch.

Bandbreite und interne Bandbreite. Der erste Wert, auch Switching-Matrix genannt, ist die maximale Verkehrsmenge, die pro Zeiteinheit durch den Switch geleitet werden kann. Die Berechnung erfolgt ganz einfach: Anzahl der Ports x Portgeschwindigkeit x 2 (Duplex). Beispielsweise hat ein 8-Port-Gigabit-Switch einen Durchsatz von 16 Gbit/s.
Der interne Durchsatz wird in der Regel vom Hersteller angegeben und dient nur zum Vergleich mit dem vorherigen Wert. Wenn die angegebene interne Bandbreite unter dem Maximum liegt, kommt das Gerät hohen Belastungen nicht mehr gewachsen, wird langsamer und friert ein.

Automatische MDI/MDI-X-Erkennung. Dies ist eine automatische Erkennung und Unterstützung beider Standards, nach denen das verdrillte Paar gecrimpt wurde, ohne dass eine manuelle Steuerung der Verbindungen erforderlich ist.

Erweiterungssteckplätze. Möglichkeit zum Anschluss weiterer Schnittstellen, beispielsweise optisch.

Größe der MAC-Adresstabelle. Um einen Switch auszuwählen, ist es wichtig, im Voraus die Größe der benötigten Tabelle zu berechnen, vorzugsweise unter Berücksichtigung zukünftiger Netzwerkerweiterungen. Wenn nicht genügend Einträge in der Tabelle vorhanden sind, schreibt der Switch neue über die alten, was die Datenübertragung verlangsamt.

Formfaktor. Die Switches sind in zwei Gehäusetypen erhältlich: Tisch-/Wandmontage und Rackmontage. Im letzteren Fall liegt die Standard-Gerätegröße bei 19 Zoll. Spezielle Ohren für die Rackmontage können abnehmbar sein.

Wir wählen einen Schalter mit den Funktionen aus, die wir für die Arbeit mit dem Verkehr benötigen

Ablaufsteuerung ( Ablaufsteuerung, IEEE 802.3x-Protokoll). Sorgt für die Koordinierung des Sendens und Empfangens von Daten zwischen dem sendenden Gerät und dem Switch bei hoher Auslastung, um Paketverluste zu vermeiden. Die Funktion wird von fast jedem Schalter unterstützt.

Jumbo-Rahmen- erhöhte Pakete. Es wird für Geschwindigkeiten von 1 Gbit/s und höher verwendet und ermöglicht Ihnen eine Beschleunigung der Datenübertragung, indem die Anzahl der Pakete und die Zeit für deren Verarbeitung reduziert werden. Die Funktion findet sich in fast jedem Schalter.

Vollduplex- und Halbduplex-Modi. Fast alle modernen Switches unterstützen die automatische Aushandlung zwischen Halbduplex und Vollduplex (Datenübertragung nur in eine Richtung, gleichzeitige Datenübertragung in beide Richtungen), um Probleme im Netzwerk zu vermeiden.

Traffic-Priorisierung (IEEE 802.1p-Standard)- Das Gerät kann wichtigere Pakete (z. B. VoIP) erkennen und zuerst senden. Wenn Sie einen Switch für ein Netzwerk auswählen, in dem ein erheblicher Teil des Datenverkehrs aus Audio oder Video besteht, sollten Sie auf diese Funktion achten

Unterstützung VLAN(Standard IEEE 802.1q). VLAN ist ein praktisches Mittel zur Abgrenzung einzelner Bereiche: des internen Netzwerks eines Unternehmens und des öffentlichen Netzwerks für Kunden, verschiedene Abteilungen usw.

Um die Sicherheit innerhalb des Netzwerks zu gewährleisten, die Leistung von Netzwerkgeräten zu steuern oder zu überprüfen, kann Spiegelung (Vervielfältigung des Datenverkehrs) eingesetzt werden. Beispielsweise werden alle eingehenden Informationen an einen Port gesendet, um von einer bestimmten Software überprüft oder aufgezeichnet zu werden.

Port-Weiterleitung. Möglicherweise benötigen Sie diese Funktion, um einen Server mit Internetzugang bereitzustellen oder für Online-Spiele.

Schleifenschutz – STP- und LBD-Funktionen. Besonders wichtig bei der Auswahl unmanaged Switches. Es ist fast unmöglich, die darin gebildete Schleife zu erkennen – einen Schleifenabschnitt des Netzwerks, der viele Störungen und Einfrierungen verursacht. Die LoopBack-Erkennung blockiert automatisch den Port, an dem eine Schleife aufgetreten ist. Das STP-Protokoll (IEEE 802.1d) und seine fortgeschritteneren Nachkommen – IEEE 802.1w, IEEE 802.1s – verhalten sich etwas anders und optimieren das Netzwerk für eine Baumstruktur. Zunächst sieht die Struktur freie, schleifenförmige Zweige vor. Sie sind standardmäßig deaktiviert und der Switch startet sie nur, wenn auf einigen Hauptleitungen ein Ausfall auftritt.

Link-Aggregation (IEEE 802.3ad). Erhöht den Kanaldurchsatz durch die Kombination mehrerer physischer Ports zu einem logischen. Der maximale Durchsatz beträgt laut Standard 8 Gbit/s.

Stapeln. Jeder Hersteller hat sein eigenes Stacking-Design, aber im Allgemeinen bezieht sich diese Funktion auf die virtuelle Kombination mehrerer Switches zu einer logischen Einheit. Der Zweck des Stacking besteht darin, eine größere Anzahl von Ports zu erhalten, als dies mit einem physischen Switch möglich ist.

Schaltfunktionen zur Überwachung und Fehlerbehebung

Viele Schalter erkennen eine fehlerhafte Kabelverbindung, meist beim Einschalten des Geräts, sowie die Art des Fehlers – Kabelbruch, Kurzschluss usw. D-Link bietet beispielsweise spezielle Indikatoren am Körper:

Schutz vor Virenverkehr (Safeguard Engine). Mit dieser Technik können Sie die Betriebsstabilität erhöhen und den Zentralprozessor vor Überlastungen durch „Müll“-Verkehr von Virenprogrammen schützen.

Leistungsmerkmale

Energie sparen.Wie wählt man einen Schalter aus, der Energie spart? Passt aufe für das Vorhandensein von Energiesparfunktionen. Einige Hersteller, wie zum Beispiel D-Link, stellen Switches mit Stromverbrauchsregulierung her. Beispielsweise überwacht ein Smart Switch die an ihn angeschlossenen Geräte und wenn eines davon gerade nicht funktioniert, wird der entsprechende Port in den „Schlafmodus“ versetzt.

Power over Ethernet (PoE, IEEE 802.af-Standard). Ein Switch, der diese Technologie nutzt, kann über Twisted-Pair-Kabel angeschlossene Geräte mit Strom versorgen.

Eingebauter Blitzschutz. Eine sehr notwendige Funktion, aber wir müssen bedenken, dass solche Schalter geerdet werden müssen, sonst funktioniert der Schutz nicht.

Webseite- 42,52 KB

230106

(Spezialcode)

KURSARBEIT

durch Disziplin

Thema:

SGPEC 230106.11.15.

Studentengruppe: TO3A08, Korchagin A. G.

Lehrer: Chirochkin E.I.

Datum der Verteidigung: _______________________ Bewertung__________

Saransk

2011

Ministerium für Bildung und Wissenschaft der Russischen Föderation

FGOU SPO „Staatliche Industrie- und Wirtschaftshochschule Saransk“

230106

(Spezialcode)

AUFGABE FÜR KURSARBEIT

durch Disziplin Computernetzwerke und Telekommunikation

Schüler der Gruppe TO3A08, Korchagin A. G.

Thema: Schalter: Funktionen und Spezifikationen

Die Kursarbeit wird auf 28 Blättern ausgefüllt und umfasst folgende Abschnitte:

Einführung

1 Merkmale eines Netzwerk-Switches

2 Klassifizierung moderner Schalter

3 Schaltereigenschaften

Abschluss

Liste der verwendeten Quellen

Ausstellungsdatum: ________________ Manager Abteilung: ______________

Fälligkeitsdatum: ____________ Lehrer: _______________

Einleitung……………………………………………………………………………...5

Merkmale des Netzwerk-Switches…………………………………………………………………… 10

Switch und seine Rolle bei der Netzwerkstrukturierung…………………………………10
Funktionsprinzip…………………………………………………………… …..11

Klassifizierung moderner Schalter…………………………………….. 14

Nach der Methode der Personalförderung………………………………………………...14

Im laufenden Betrieb…………………………………………………………………………… ....14
Mit Zwischenlagerung………………………………………………………..14

Gemäß dem Funktionsprinzipalgorithmus…………………………………………………………….15

Transparente Schalter………………………………………………………………… 15

Switches, die den Source-Routing-Algorithmus implementieren……………………………………………………………………….15

Switches, die den Spanning-Tree-Algorithmus implementieren…………16

Gemäß der internen logischen Architektur………………………………………... 16

Schalter mit Schaltmatrix……………………………...16
Schalter mit einem gemeinsamen Bus……………………………………………..17
Shared-Memory-Schalter……………………………………18
Kombinierte Schalter………………………………………….19

Nach Anwendungsgebiet……………………………………………………………..20

Switches mit einer festen Anzahl von Ports…………………………20
Modulare Schalter………………………………………………………….20
Gestapelte Schalter…………………………………………………………………… ….21

Switch-Technologien……………………………………………… ………..21

Ethernet-Switches…………………………………………………….. .21
Token-Ring-Schalter…………………………………………………………….22
FDDI-Schalter………………………………………………………...23

Eigenschaften von Schaltern……………………………………………………………… ………24

Bandbreite……………………………………………………………… ………24
Frame-Übertragungsverzögerung…………………………………………………….24
Geschwindigkeit der Frames, die sich durch das Netzwerk bewegen…………………………………….25
Filtrationsrate…………………………………………………………..25

Fazit…………………………………………………………………………….26

Liste der verwendeten Quellen………………………………………………………………. ..27

Einführung

Als sich die Situation Ende der 80er und Anfang der 90er Jahre änderte – das Aufkommen schneller Protokolle, leistungsstarker Personalcomputer, Multimedia-Informationen und die Aufteilung des Netzwerks in eine große Anzahl von Segmenten – waren klassische Brücken dieser Aufgabe nicht mehr gewachsen. Die Bereitstellung von Framestreams zwischen mittlerweile mehreren Ports mithilfe einer einzigen Verarbeitungseinheit erforderte eine deutliche Steigerung der Prozessorgeschwindigkeit, und dies ist eine ziemlich teure Lösung. Die Lösung, die Switches „geboren“ hat, erwies sich als effektiver (Abb. 1): Um den an jedem Port ankommenden Fluss zu bedienen, wurden für jeden Port separate spezialisierte Prozessoren im Gerät installiert, die den Bridge-Algorithmus implementierten.

Abbildung 1 Schalter

Im Wesentlichen ist ein Switch eine Multiprozessorbrücke, die gleichzeitig Frames zwischen allen Portpaaren gleichzeitig weiterleiten kann. Wenn jedoch mit dem Hinzufügen von Prozessoreinheiten nicht aufgehört wurde, den Computer als Computer zu bezeichnen, sondern nur das Adjektiv „Multiprozessor“ hinzugefügt wurde, kam es zu einer Metamorphose bei Multiprozessorbrücken – sie wurden zu Schaltern. Dies wurde durch die Art der Kommunikation zwischen den einzelnen Prozessoren des Switches erleichtert – sie waren durch eine Schaltmatrix verbunden, ähnlich den Matrizen von Multiprozessor-Computern, die Prozessoren mit Speicherblöcken verbinden. Nach und nach ersetzten Switches die klassischen Single-Prozessor-Bridges aus lokalen Netzwerken. Der Hauptgrund dafür ist die sehr hohe Leistung, mit der Switches Frames zwischen Netzwerksegmenten übertragen. Wenn Bridges das Netzwerk sogar verlangsamen könnten, wenn ihre Leistung geringer ist als die Intensität des Intersegment-Frame-Flusses, dann werden Switches immer mit Port-Prozessoren freigegeben, die Frames mit der maximalen Geschwindigkeit übertragen können, für die das Protokoll ausgelegt ist. Hinzu kommt, dass die Leistung von Switches durch die parallele Übertragung von Frames zwischen Ports um mehrere Größenordnungen höher ist als die von Bridges – Switches können bis zu mehrere Millionen Frames pro Sekunde übertragen, während Bridges typischerweise 3.000 bis 5.000 Frames pro Sekunde verarbeiten. gib mir eine Sekunde. Dies bestimmte das Schicksal von Brücken und Weichen. Die gemeinsame Nutzung eines gemeinsamen Kabelsystems durch viele Computer führt bei starkem Datenverkehr zu einem deutlichen Rückgang der Netzwerkleistung. Die gemeinsame Umgebung kann den Fluss der übertragenen Frames nicht mehr bewältigen und es entsteht eine Warteschlange von Computern im Netzwerk, die auf Zugriff warten. Dieses Problem kann durch eine logische Strukturierung des Netzwerks mithilfe eines Switches gelöst werden (Abb. 2). Unter logischer Netzwerkstrukturierung versteht man die Aufteilung einer gemeinsam genutzten Umgebung in logische Segmente, um den Datenverkehr jedes einzelnen Netzwerksegments zu lokalisieren. Dabei werden einzelne Netzwerksegmente durch Geräte wie Switches verbunden. Ein in logische Segmente unterteiltes Netzwerk weist eine höhere Leistung und Zuverlässigkeit auf. Die Vorteile der Aufteilung der gemeinsamen Umgebung in logische Segmente:

Einfachheit der Netzwerktopologie, die eine einfache Erweiterung der Anzahl der Knoten ermöglicht;

Kein Frame-Verlust durch Überlauf der Puffer von Kommunikationsgeräten, da ein neuer Frame erst dann an das Netzwerk übertragen wird, wenn der vorherige empfangen wurde – das Medium-Division-System selbst reguliert den Frame-Fluss und suspendiert Stationen, die Frames zu oft generieren, wodurch diese gezwungen werden auf Zugang warten;

Einfachheit der Protokolle, wodurch niedrige Kosten für die Schaltausrüstung gewährleistet werden.

Abbildung 2 Logische Netzwerkstruktur mit einem Switch

Da das Netzwerk Gruppen von Computern enthält, die hauptsächlich Informationen untereinander austauschen, verbessert die Aufteilung des Netzwerks in logische Segmente die Netzwerkleistung – der Verkehr wird innerhalb der Gruppen lokalisiert und die Belastung ihrer gemeinsam genutzten Verkabelungssysteme wird erheblich reduziert.

Relevanz Das gewählte Forschungsthema wird zum einen durch den schnellen Einstieg lokaler Netzwerke in nahezu alle Aspekte der Informationstätigkeit bestimmt. Und Netzwerkgeräte, die die Netzwerkleistung verbessern, sind ein wesentlicher Bestandteil lokaler Netzwerke. Die Organisation lokaler Netzwerke mithilfe von Netzwerkgeräten ist beim Entwurf großer Netzwerke zur Norm geworden. Diese Norm hat Netzwerke ersetzt, die ausschließlich auf Kabelsegmenten basieren, die Computer im Netzwerk zur Übertragung von Informationen verwenden.

Zweitens haben Switches in den letzten Jahren (seit 2006) begonnen, Router spürbar aus ihrer festen Position zu verdrängen. Router nahmen einen zentralen Platz im Gebäudenetzwerk ein, und Switches wurde ein Platz auf der Etagennetzwerkebene zugewiesen. Darüber hinaus gab es in der Regel nur wenige Switches – sie wurden nur in stark ausgelasteten Netzwerksegmenten oder zur Anbindung von Hochleistungsservern installiert. Switches begannen, Router aus der Mitte des Netzwerks an die Peripherie zu verdrängen, wo sie dazu dienten, das lokale Netzwerk mit dem globalen zu verbinden. Den zentralen Platz im Netzwerk des Gebäudes nahm ein modularer Corporate Switch ein, der alle Etagen- und Abteilungsnetzwerke auf seinem internen, sehr produktiven Backbone vereinte. Switches haben Router abgelöst, weil ihr Preis-Leistungs-Verhältnis deutlich unter dem eines Routers lag. Natürlich ist der Trend zur zunehmenden Rolle von Switches in lokalen Netzwerken nicht uneingeschränkt. Und Router haben immer noch ihre Anwendungen, bei denen ihr Einsatz rationeller ist als der von Switches. Router bleiben unverzichtbar, wenn es darum geht, ein lokales Netzwerk mit einem globalen zu verbinden.

Ziel der Arbeit– Offenlegen Sie das Wesentliche des Funktionsprinzips des Schalters, seine Merkmale und Eigenschaften und berücksichtigen Sie auch den Umfang seiner Anwendung.

Aufgaben Forschungsarbeit:

Erläutern Sie das Konzept eines Switches, das Wesen des Funktionsprinzips, den Zweck und die Rolle seiner Verwendung beim Betrieb lokaler Netzwerke;

Berücksichtigen Sie die verschiedenen Klassifizierungen und Eigenschaften dieses Geräts.

Analysieren Sie die Relevanz und Perspektiven des Einsatzes von Switches bei der Organisation lokaler Netzwerke.

Studienobjekt Der Switch ist eines der vielversprechendsten Netzwerkgeräte für die Organisation lokaler Netzwerke.

Gegenstand der Forschung sind die Merkmale und Eigenschaften der Schalter.

Arbeitsstruktur.

Das erste Kapitel beschreibt die Merkmale eines Netzwerk-Switches, sein Konzept, seine Rolle bei der Netzwerkstrukturierung und sein Funktionsprinzip.

Das zweite Kapitel beschreibt die Klassifizierung moderner Schalter:

Durch die Methode der Personalförderung;

Gemäß dem Funktionsprinzipalgorithmus;

Durch interne logische Architektur;

Nach Anwendungsgebiet;

Technologien wechseln.

Das dritte Kapitel beschreibt die Eigenschaften von Schaltern.

1 Merkmale eines Netzwerk-Switches

In diesem Kapitel betrachten wir das Konzept eines Schalters, den Zweck seiner Verwendung und das Funktionsprinzip.

Switch und seine Rolle bei der Netzwerkstrukturierung

Ein Switch oder Switch ist ein Gerät, das dazu dient, mehrere Knoten eines Computernetzwerks innerhalb eines Segments zu verbinden. Der Switch übermittelt Daten ausschließlich direkt an den Empfänger. Dies verbessert die Netzwerkleistung und -sicherheit, indem andere Netzwerksegmente davon befreit werden, Daten verarbeiten zu müssen (und zu können), die nicht für sie bestimmt sind. Der Switch kann Hosts im selben Netzwerk anhand ihrer MAC-Adressen vereinen. Der Switch unterteilt das gesamte Datenübertragungsmedium in logische Segmente. Ein logisches Segment entsteht durch die Zusammenfassung mehrerer physikalischer Segmente (Kabelabschnitte). Jedes logische Segment ist mit einem separaten Switch-Port verbunden (Abb. 3). Wenn an einem der Ports ein Frame eintrifft, wiederholt der Switch diesen Frame nur an dem Port, mit dem das Segment verbunden ist. Der Switch überträgt Frames parallel. Inhalt

Einleitung……………………………………………………………………………...5
Merkmale des Netzwerk-Switches……………………………………………………………10
Switch und seine Rolle bei der Netzwerkstrukturierung…………………………………10
Funktionsprinzip………………………………………………………………………………..11
Klassifizierung moderner Schalter……………………………………..14
Nach der Methode der Personalförderung………………………………………………...14
Im laufenden Betrieb……………………………………………………………………………....14
Mit Zwischenlagerung………………………………………………………..14
Gemäß dem Funktionsprinzipalgorithmus…………………………………………………………….15
Transparente Schalter…………………………………………………………15
Switches, die den Source-Routing-Algorithmus implementieren…………………………………………………………………………………….15
Switches, die den Spanning-Tree-Algorithmus implementieren…………16
Zur internen logischen Architektur……………………………………...16
Schalter mit Schaltmatrix……………………………...16
Schalter mit einem gemeinsamen Bus……………………………………………..17
Shared-Memory-Schalter……………………………………18
Kombinierte Schalter………………………………………….19
Nach Anwendungsgebiet……………………………………………………..20
Switches mit einer festen Anzahl von Ports…………………………20
Modulare Schalter………………………………………………………….20
Gestapelte Schalter…………………………………………………….21
Technologien wechseln……………………………………………………..21
Ethernet-Switches……………………………………………………...21
Token-Ring-Schalter…………………………………………………………….22
FDDI-Schalter………………………………………………………...23
Eigenschaften von Schaltern………………………………………………………24
Bandbreite………………………………………………………24
Frame-Übertragungsverzögerung…………………………………………………….24
Geschwindigkeit der Frames, die sich durch das Netzwerk bewegen…………………………………….25
Filtrationsrate…………………………………………………………..25
Fazit…………………………………………………………………………….26
Liste der verwendeten Quellen……………………………………………………………...27

Das Thema Gigabit-Zugang wird immer relevanter, insbesondere jetzt, wo der Wettbewerb wächst, der ARPU sinkt und Tarife von selbst 100 Mbit niemanden überraschen werden. Wir denken schon seit Längerem über die Umstellung auf einen Gigabit-Zugang nach. Der Preis der Ausrüstung und die kommerzielle Machbarkeit haben mich abgeschreckt. Aber die Konkurrenz schläft nicht, und als sogar Rostelecom begann, Tarife über 100 Mbit anzubieten, wurde uns klar, dass wir nicht länger warten konnten. Darüber hinaus ist der Preis für einen Gigabit-Port deutlich gesunken und die Installation eines FastEthernet-Switches, der in ein paar Jahren noch durch einen Gigabit-Switch ersetzt werden muss, ist schlichtweg unrentabel geworden. Aus diesem Grund haben wir uns für einen Gigabit-Switch für den Einsatz auf der Zugangsebene entschieden.

Wir haben uns verschiedene Modelle von Gigabit-Switches angeschaut und uns für zwei entschieden, die von den Parametern her am besten geeignet waren und gleichzeitig unseren Budgetvorstellungen entsprachen. Dies sind Dlink DGS-1210-28ME und .

Rahmen

Das Gehäuse des SNR besteht aus dickem, haltbarem Metall, was ihn schwerer als seinen „Konkurrenten“ macht. Der D-Link besteht aus dünnem Stahl, was ihm einen Gewichtsvorteil verschafft. Aufgrund der geringeren Festigkeit ist es jedoch anfälliger gegenüber äußeren Einflüssen.

D-Link ist kompakter: Seine Tiefe beträgt 14 cm, während die von SNR 23 cm beträgt. Der SNR-Stromanschluss befindet sich auf der Vorderseite, was die Installation zweifellos erleichtert.

Netzteile

D-Link-Netzteil

Stromversorgung SNR

Trotz der Tatsache, dass die Netzteile sehr ähnlich sind, konnten wir dennoch Unterschiede feststellen. Das D-Link-Netzteil ist sparsam, vielleicht sogar zu sparsam gefertigt – es gibt keine Lackschicht auf der Platine und der Schutz vor Störungen am Ein- und Ausgang ist minimal. Laut Dlink bestehen daher Bedenken, dass diese Nuancen die Empfindlichkeit des Schalters gegenüber Spannungsspitzen und den Betrieb bei wechselnder Luftfeuchtigkeit und unter staubigen Bedingungen beeinträchtigen werden.

Schalttafel

Beide Platinen sind sorgfältig gefertigt, an der Montage gibt es keine Beanstandungen, allerdings verfügt SNR über höherwertiges Textolit und die Platine ist mit bleifreier Löttechnik gefertigt. Der Punkt ist natürlich nicht, dass SNR weniger Blei enthält (was in Russland niemanden abschrecken wird), sondern dass diese Schalter auf einer moderneren Linie hergestellt werden.

Darüber hinaus spart D-Link, wie auch bei den Netzteilen, an der Lackbeschichtung. SNR hat eine Lackbeschichtung auf der Platine.

Anscheinend geht man davon aus, dass die Betriebsbedingungen von D-Link-Access-Switches von vornherein hervorragend sein sollten – sauber, trocken, kühl ... nun ja, wie bei allen anderen auch. ;)

Kühlung

Beide Switches verfügen über ein passives Kühlsystem. D-Link hat größere Kühler, und das ist definitiv ein Pluspunkt. Allerdings verfügt SNR über einen Freiraum zwischen Platine und Rückwand, was sich positiv auf die Wärmeableitung auswirkt. Eine weitere Nuance ist das Vorhandensein von Wärmeableitungsplatten unter dem Chip, die Wärme an das Schaltergehäuse übertragen.

Wir haben einen kleinen Test durchgeführt – wir haben die Temperatur des Kühlkörpers auf dem Chip unter normalen Bedingungen gemessen:

Der Schalter wird bei Raumtemperatur (22 °C) auf einen Tisch gestellt.
2 SFP-Module installiert,
Wir warten 8-10 Minuten.

Die Testergebnisse waren überraschend: D-Link erhitzte sich auf bis zu 72 °C, während SNR nur bis zu 63 °C erhitzt wurde. Es ist besser, nicht darüber nachzudenken, was mit D-Link in einer dicht gepackten Kiste in der Sommerhitze passieren wird.

Temperatur am D-Link 72 Grad

Bei SNR 61 C ist der Flug normal

Blitzschutz

Die Schalter sind mit verschiedenen Blitzschutzsystemen ausgestattet. D-Link verwendet Gasentlader. SNR verfügt über Varistoren. Jeder von ihnen hat seine Vor- und Nachteile. Allerdings ist die Reaktionszeit von Varistoren besser, was einen besseren Schutz für den Schalter selbst und die daran angeschlossenen Teilnehmergeräte bietet.

Zusammenfassung

D-Link hinterlässt ein Gefühl der Ersparnis bei allen Komponenten – beim Netzteil, der Platine, dem Gehäuse. Daher scheint es in diesem Fall für uns das bevorzugtere Produkt zu sein.

Frame-Filterung und Weiterleitungsgeschwindigkeiten sind zwei wichtige Leistungsmerkmale eines Switches. Diese Eigenschaften sind integraler Natur und hängen nicht davon ab, wie der Schalter technisch umgesetzt wird.

Die Filterrate ist die Geschwindigkeit, mit der der Switch die folgenden Frame-Verarbeitungsschritte ausführt:

1. Empfangen Sie den Frame in Ihrem Puffer.

3. Frame-Zerstörung, da Ziel-Port und Quell-Port zu einem einzigen logischen Segment gehören.

Die Filtergeschwindigkeit fast aller Switches ist kein blockierender Faktor – der Switch schafft es, Frames mit der Rate zu verwerfen, mit der sie ankommen.

Die Weiterleitungsrate ist die Geschwindigkeit, mit der der Switch die nächsten Schritte der Frame-Verarbeitung durchführt.

1. Empfangen Sie den Frame in Ihrem Puffer.

2. Durchsuchen Sie die Adresstabelle, um den Port für die Zieladresse des Frames zu finden.

3. Übertragen des Frames an das Netzwerk über den in der Adresstabelle gefundenen Zielport.

Die Frame-Übertragungslatenz wird als die Zeit gemessen, die vom Eintreffen des ersten Bytes des Frames am Eingangsport des Switches bis zum Erscheinen dieses Bytes am Ausgangsport vergeht. Die Latenz ist die Summe der Zeit, die für das Puffern der Bytes des Frames aufgewendet wird, und der Zeit, die für die Verarbeitung des Frames durch den Switch aufgewendet wird – das Durchsuchen der Adresstabelle, das Treffen von Filter- oder Weiterleitungsentscheidungen und der Zugriff auf die Ausgangsportumgebung. Die durch den Schalter verursachte Verzögerung hängt von seinem Betriebsmodus ab. Wenn die Umschaltung „on the fly“ erfolgt, sind die Verzögerungen in der Regel gering und liegen zwischen 5 und 40 μs, bei voller Frame-Pufferung zwischen 50 und 200 μs für Frames mit minimaler Länge bei der Übertragung mit einer Geschwindigkeit von 10 Mbit/s. S. Switches, die schnellere Ethernet-Versionen unterstützen, führen zu einer geringeren Latenz beim Frame-Weiterleitungsprozess.

Die Leistung eines Switches wird durch die pro Zeiteinheit über seine Ports übertragene Benutzerdatenmenge bestimmt und in Megabit pro Sekunde (Mbps) gemessen. Da der Switch auf der Datenverbindungsschicht arbeitet, sind seine Benutzerdaten die Daten, die im Datenfeld von Ethernet-Frames übertragen werden.

Der maximale Wert der Switch-Performance wird immer bei Frames maximaler Länge erreicht, da in diesem Fall der Overhead-Anteil für den Frame-Overhead minimal ist. Da es sich bei einem Switch um ein Multiport-Gerät handelt, ist es üblich, ihn als Gerät mit maximaler Gesamtleistung bei gleichzeitiger Übertragung des Datenverkehrs über alle seine Ports zu charakterisieren.

Um die Operationen jedes Ports auszuführen, verwenden Switches meist eine dedizierte Verarbeitungseinheit mit eigenem Speicher, um eine eigene Kopie der Adresstabelle zu speichern. Jeder Port speichert nur die Adresssätze, mit denen er zuletzt gearbeitet hat, daher stimmen die Kopien der Adresstabelle verschiedener Prozessormodule in der Regel nicht überein.

Die maximale Anzahl an MAC-Adressen, die sich der Port-Prozessor merken kann, hängt von der Anwendung des Switches ab. Arbeitsgruppen-Switches unterstützen normalerweise nur wenige Adressen pro Port, da sie für die Bildung von Mikrosegmenten konzipiert sind. Abteilungs-Switches müssen mehrere hundert Adressen unterstützen, und Netzwerk-Backbone-Switches müssen bis zu mehrere Tausend (normalerweise 4000–8000) Adressen unterstützen.

Eine unzureichende Kapazität der Adresstabelle kann dazu führen, dass der Switch langsamer wird und das Netzwerk durch übermäßigen Datenverkehr verstopft wird. Wenn die Adresstabelle des Port-Prozessors vollständig gefüllt ist und er in einem eingehenden Frame auf eine neue Quelladresse trifft, muss der Prozessor alle alten Adressen aus der Tabelle entfernen und an ihrer Stelle eine neue einfügen. Dieser Vorgang selbst nimmt einen Teil der Prozessorzeit in Anspruch, der größte Leistungsverlust wird jedoch beobachtet, wenn ein Frame mit einer Zieladresse ankommt, die aus der Adresstabelle entfernt werden musste. Da die Zieladresse des Frames unbekannt ist, muss der Switch den Frame an alle anderen Ports weiterleiten. Einige Switch-Hersteller lösen dieses Problem, indem sie den Algorithmus für die Verarbeitung von Frames mit unbekannter Zieladresse ändern. Einer der Switch-Ports ist als Trunk-Port konfiguriert, an den standardmäßig alle Frames mit unbekannter Adresse gesendet werden. Die Übertragung eines Frames an einen Trunk-Port erfolgt unter der Annahme, dass dieser Port mit einem übergeordneten Switch (in einer hierarchischen Verbindung von Switches in einem großen Netzwerk) verbunden ist, der über ausreichende Adresstabellenkapazität verfügt und „weiß“, wo sich ein Frame befinden kann gesendet.