Ethernet

Введение
Разработанный в 1973 стандарт Ethernet сегодня является наиболее популярным среди стандартов ЛВС. Как технология с разделяемой средой Ethernet обеспечивает скорость передачи 10 мегабит в секунду (Mbps) для всех пользователей, имеющих доступ к среде передачи и протокол разрешения доступа.
По мере расширения сети доступная пользователю полоса (средняя скорость передачи) сужается за счет того, что канал 10 Mbps делится между всеми узлами сети. Повышение производительности компьютеров и использование приложений с интенсивным сетевым трафиком требует расширения полосы для полной реализации возможностей программ и оборудования. Расширение сетей и повышение производительности компьютеров требуют расширения доступной пользователям полосы, обеспечиваемой сетевой средой передачи.
Существует два способа расширения полосы, доступной каждому пользователю. Технология Fast Ethernet базируется на расширении полосы разделяемой среды до 100 Mbps, обеспечивая рост скорости в 10 раз. Другим способ является снижение числа узлов сети, имеющих доступ к разделяемой среде и, следовательно, расширение доступной оставшимся узлам полосы. В предельном случае вся полоса канала передачи может быть предоставлена одному пользователю.
Процесс снижения числа узлов в сети называется сегментацией и осуществляется за счет деления большой сети на несколько меньших. Поскольку пользователям может требоваться доступ к ресурсам других сегментов, нужен механизм обеспечения такого доступа, обеспечивающий межсегментный обмен с достаточно высокой скоростью. Новый тип устройств, называемых коммутаторами Ethernet, обеспечивает требуемые возможности. В данной статье рассматриваются различные типы коммутаторов Ethernet и их роль в повышении производительности сетей Ethernet.
Что такое коммутатор Ethernet?
Основы
Коммутатор Ethernet представляет собой устройство для организации сетей большого размера. Для того, чтобы лучше разобраться в устройстве и работе коммутаторов Ethernet, полезно понять основы технологии организации кабельных систем сети.
Повторители
В начале 80-х годов сети Ethernet организовывались на базе шинной топологии с использованием сегментов на основе коаксиального кабеля длиной до 500 метров. Увеличение размеров сетей поставило задачу преодоления 500-метрового барьера. Для решения этой задачи использовались повторители (repeater):

Повторитель просто копирует (пересылает) все пакеты Ethernet из одного сегмента во все другие, подключенные к нему. Основной задачей повторителя является восстановление электрических сигналов для передачи их в другие сегменты. За счет усиления и восстановления формы электрических сигналов повторителем становится возможным расширение сетей, построенных на основе коаксиального кабеля и увеличение общего числа пользователей сети
Мосты и маршрутизаторы
При использовании повторителей максимальная протяженность сети составляет 2500 метров. Для преодоления этого ограничения требуются другие устройства, называемые мостами (bridge). Мосты имеют много отличий от повторителей. Повторители передают все пакеты, а мосты только те, которые нужно. Если пакет не нужно передавать в другой сегмент, он фильтруется. Для мостов существуют многочисленные алгоритмы (правила) передачи и фильтрации пакетов минимальным требованием является фильтрация пакетов по адресу получателя.
Другим важным отличием мостов от повторителей является то, что сегменты, подключенные к повторителю образуют одну разделяемую среду, а сегменты, подключенные к каждому порту моста образуют свою среду с полосой 10 Mbps. При использовании моста пользователи одного сегмента разделяют полосу, а пользователи разных сегментов используют независимые Среды. Следовательно, мост обеспечивает преимущества как с точки зрения расширения сети, так и обеспечения большей полосы для каждого пользователя.

Поначалу в сетях Ethernet использовалась шинная топология на основе коаксиального кабеля, а для расширения сетей применялись 2-х портовые повторители или мосты. Однако, в конце 80-х годов началось широкое распространение сетей на основе кабеля со скрученными парами проводников (витая пара). Новая технология 10Base-T стала очень популярной и привела к трансформации топологии сетей от шинной магистрали к организации соединений типа "звезда". Требования к повторителям и мостам для таких сетей существенно изменились по сравнению с простыми двухпортовыми устройствами для сетей с шинной топологией - современные мосты и повторители представляют собой сложные многопортовые устройства. Мосты позволяют сегментировать сети на меньшие части, в которых общую среду разделяет небольшое число пользователей.

Маршрутизаторы, подобно мостам, также позволяют сегментировать сети Ethernet. маршрутизаторы фильтруют и пересылают сетевой трафик на основе алгоритмов и правил, существенно отличающихся от тех, что используются мостами. Такой способ сегментирования сетей более дорог многопортовые мосты и маршрутизаторы обычно стоят около $1,000 за порт.
Переключение портов
Сегодняшние модульные концентраторы (повторители) часто позволяют организовать несколько сегментов, каждый из которых предоставляет пользователям отдельную разделяемую полосу 10 Mbps. Некоторые концентраторы позволяют программным путем разделять порты устройства на независимые сегменты такая возможность называется переключением портов. Концентратор, к примеру, может содержать три различных сегмента Ethernet, организуемые внутренними средствами хаба. Переключение портов обеспечивает администратору сети высокую гибкость организации сегментов, позволяя переносить порты из одного сегмента в другой программными средствами. Эта возможность особенно полезна для распределения нагрузки между сегментами Ethernet и снижения расходов, связанных с подобными операциями. Переключение портов статическое связывание портов с различными сегментами Ethernet - сильно отличается от описанной ниже коммутации Ethernet.
Атрибуты коммутаторов Ethernet
Коммутаторы Ethernet подобно мостам и маршрутизаторам способны сегментировать сети Ethernet. Как и многопортовые мосты коммутаторы передают пакеты между портами на основе адреса получателя, включенного в каждый пакет. реализация коммутаторов обычно отличается от мостов в части возможности организации одновременных соединений между любыми парами портов устройства - это значительно расширяет суммарную пропускную способность сети. Более того, мосты в соответствии со стандартом IEEE 802.1d должны получить пакет целиком до того, как он будет передан адресату, а коммутаторы могут начать передачу пакета, не приняв его полностью.
Виртуальные соединения
Коммутатор Ethernet поддерживает внутреннюю таблицу, связывающую порты с адресами подключенных к ним устройств (таблица 1). Эту таблицу администратор сети может создать самостоятельно или задать ее автоматическое создание средствами коммутатора.
Таблица 1
MAC-адрес Номер порта
A 1
B 2
C 3
D 4
Используя таблицу адресов и содержащийся в пакете адрес получателя, коммутатор организует виртуальное соединение порта отправителя с портом получателя и передает пакет через это соединение. На рисунке 4 узел А посылает пакет узлу D. Найдя адрес получателя в своей внутренней таблице, коммутатор передает пакет в порт 4.

Виртуальное соединение между портами коммутатора сохраняется в течение передачи одного пакета, т.е. для каждого пакета виртуальное соединение организуется заново на основе содержащегося в этом пакете адреса получателя.
Поскольку пакет передается только в тот порт, к которому подключен адресат, остальные пользователи (в нашем примере - B и C) не получат этот пакет. Таким образом, коммутаторы обеспечивают средства безопасности, недоступные для стандартных повторителей Ethernet (см. раздел "Сравнение сетевых устройств").
Одновременные соединения
В коммутаторах Ethernet передача данных между любыми парами портов происходит независимо и, следовательно, для каждого виртуального соединения выделяется вся полоса канала. Например, коммутатор 10 Mbps на рисунке 5 обеспечивает одновременную передачу пакета из A в D и из порта B в порт C с полосой 10 Mbps для каждого соединения.

Поскольку для каждого соединения предоставляется полоса Mbps, суммарная пропускная способность коммутатора в приведенном примере составляет 20 Mbps. Если данные передаются между большим числом пар портов, интегральная полоса соответственно расширяется. Например, 24 портовый коммутатор Ethernet может обеспечивать интегральную пропускную способность до 120 Mbps при одновременной организации 12 соединений с полосой 10 Mbps для каждого из них. теоретически, интегральная полоса коммутатора растет пропорционально числу портов. Однако, в реальности скорость пересылки пакетов, измеренная в Mbps, меньше чем суммарная полоса пар портов за счет так называемой внутренней блокировки. Для коммутаторов высокого класса блокировка весьма незначительно снижает интегральную полосу устройства.
Коммутатор Ethernet 10 Mbps может обеспечить высокую пропускную способность при условии организации одновременных соединений между всеми парами портов. Однако, в реальной жизни трафик обычно представляет собой ситуацию "один ко многим" (например, множество пользователей сети обращается к ресурсам одного сервера). В таких случаях пропускная способность коммутатора в нашем примере не будет превышать 10 Mbps, и коммутатор не обеспечит существенного преимущества по сравнению с обычным концентратором (повторителем).


На рисунке 6 три узла A, B и D передают данные узлу C. Коммутатор сохраняет пакеты от узлов A и B в своей памяти до тех пор, пока не завершится передача пакета из узла D. После завершения передачи пакета коммутатор начинает передавать хранящиеся в памяти пакеты от узлов A и B. В данном случае пропускная способность коммутатора определяется полосой канала C (в данном случае 10 Mbps). Описанная в данном примере ситуация является другой формой блокировки.
Производительность коммутатора
Другим важным параметром коммутатора является его производительность. Для того, чтобы охарактеризовать ее используются несколько параметров:
1. скорость передачи между портами
2. общая пропускная способность
3. задержка
Скорость передачи между портами
При полосе 10 Mbps Ethernet может передавать 14880 пакетов в секунду (PPS) для пакетов минимального размера (64 байта). Этот параметр определяется свойствами среды. Коммутатор, который способен обеспечить скорость 14880 PPS между портами, полностью использует возможности среды. Полоса пропускания среды является важным параметром, поскольку коммутатор, обеспечивающий передачу пакетов с такой скоростью, полностью использует возможности среды, предоставляя пользователям максимальную полосу.
Общая пропускная способность
Измеренная в Mbps или PPS, общая пропускная способность характеризует максимальную скорость, с которой пакеты могут передаваться через коммутатор адресатам. В коммутаторах, все порты которых имеют полосу 10 Mbps суммарная пропускная способность равна скорости порта, умноженной на число виртуальных соединений, которые могут существовать одновременно (число портов коммутатора, поделенное на 2). Коммутатор, способный обеспечивать максимальную скорость передачи не имеет внутренней блокировки.
Задержка
Задержка - это промежуток времени между получением пакета от отправителя и передачей его получателю. Обычно задержку измеряют относительно первого бита пакета.
Коммутаторы Ethernet могут обеспечивать очень низкую задержку после того, как будет определен адресат. Поскольку адрес получателя размещается в начале пакета, передачу можно начать до того, как пакет будет полностью принят от отправителя. Такой метод называется коммутацией на лету (cut-through) и обеспечивает минимальную задержку. Малая задержка важна, поскольку с ней непосредственно связана производительность коммутатора. Однако метод коммутации на лету не проверяет пакеты на предмет ошибок.
При таком способе коммутатор передает все пакеты (даже те, которые содержат ошибки). Например, при возникновении коллизии после начала передачи пакета (адрес уже получен) полученный фрагмент все равно будет передан адресату. Передача таких фрагментов занимает часть полосы канала и снижает общую производительность коммутатора.
При передаче пакетов из низкоскоростного порта в высокоскоростной (например, из порта 10 Mbps в порт 100 Mbps) коммутацию на лету использовать вообще невозможно. Поскольку порт-приемник имеет большую скорость, нежели передатчик, при использовании коммутации на лету неизбежно возникнут ошибки. При организации виртуального соединения между портами с разной скоростью требуется буферизация пакетов.
Малая задержка повышает производительность сетей, в которых данные передаются в виде последовательности отдельных пакетов, каждый из которых содержит адрес получателя. В сетях, где данные передаются в форме последовательности пакетов с организацией виртуального канала, малая задержка меньше влияет на производительность.
Сравнение сетевых устройств
Повторители
Повторители Ethernet, контексте сетей 10Base-T часто называемые концентраторами или хабами, работают в соответствии со стандартом IEEE 802.3. Повторитель просто передает полученные пакеты во все свои порты независимо от адресата.
Хотя все устройства, подключенные к повторителю Ethernet (включая другие повторители) видят весь сетевой трафик, получить пакет должен только тот узел, которому он адресован. Все остальные узлы должны игнорировать этот пакет. некоторые сетевые устройства (например, анализаторы протоколов) работают на основе того, что сетевая среда (типа Ethernet) является общедоступной и анализируют весь сетевой трафик. Для некоторых сред, однако, способность каждого узла видеть все пакеты неприемлема по соображениям безопасности.
С точки зрения производительности повторители просто передают пакеты с использованием всей полосы канала. Задержка, вносимая повторителем весьма мала (в соответствии с IEEE 802.3 - менее 3 микросекунд). Сети, содержащие повторители имеют полосу 10 Mbps подобно сегменту на основе коаксиального кабеля и прозрачны для большинства сетевых протоколов, таких как TCP/IP и IPX.
Мосты
Мосты функционируют в соответствии со стандартом IEEE 802.1d. Подобно коммутаторам Ethernet мосты не зависят от протокола и передают пакеты порту, к которому подключен адресат. Однако, в отличие от большинства коммутаторов Ethernet, мосты не передают фрагменты пакетов при возникновении коллизий и пакеты с ошибками, поскольку все пакеты буферизуются перед их пересылкой в порт адресата. Буферизация пакетов (store-and-forward) приводит к возникновению задержки по сравнению с коммутацией на лету. Мосты могут обеспечивать производительность, равную пропускной способности среды, однако внутренняя блокировка несколько снижает скорость их работы.
Маршрутизаторы
Работа маршрутизаторов зависит от сетевых протоколов и определяется связанной с протоколом информацией, передаваемой в пакете. Подобно мостам, маршрутизаторы не передают адресату фрагменты пакетов при возникновении коллизий. Маршрутизаторы сохраняют пакет целиком в своей памяти прежде, чем передать его адресату, следовательно, при использовании маршрутизаторов пакеты передаются с задержкой. Маршрутизаторы могут обеспечивать полосу, равную пропускной способности канала, однако для них характерно наличие внутренней блокировки. В отличие от повторителей, мостов и коммутаторов маршрутизаторы изменяют все передаваемые пакеты.
Резюме

Характеристика Повторитель Ethernet Коммутатор Ethernet Мост Маршрутизатор
Стоимость порта $75 - $200 $250 - $2000 $1000 - $3000 $1000 - $5000
Скорость передачи между портами Скорость среды во всех случаях До скорости передачи среды До скорости передачи среды До скорости передачи среды
Суммарная полоса 10 Мбит/сек Высокая Высокая Высокая
Задержка при передаче между портами Ethernet ; 3 мксек
(коммутация на лету); 40 мксек
(для устройств с буферизацией зависит от размера пакета) 50 - 1500 мксек 50 - 1500 мксек
(в зависимости от протокола задержка может возрастать)
Решение о передаче на основе аппаратных адресов - + + -
Независимость от протокола + + + -
Изменение пакетов Ethernet - - - +
Стандарт IEEE 802.3 802.1

Классы коммутаторов Ethernet
Хотя все коммутаторы имеют много общего, целесообразно разделить их на два класса, предназначенных для решения разных задач.
Коммутаторы для рабочих групп
Коммутаторы для рабочих групп обеспечивают выделенную полосу при соединении любой пары узлов, подключенных к портам коммутатора. Если порты имеют одинаковую скорость, получатель пакета должен быть свободен, чтобы не возникло блокировки.
Поддерживая на каждый порт по крайней мере то число адресов, которые могут присутствовать в сегменте, коммутатор обеспечивает для каждого порта выделенную полосу 10 Mbps. Каждый порт коммутатора связан с уникальным адресом подключенного к данному порту устройства Ethernet.


Физическое соединение t;точка-точка; между коммутаторами рабочих групп и узлами 10Base-T обычно выполняется неэкранированным кабелем на основе скрученных пар, а в узлах сети устанавливается оборудование, соответствующее стандарту 10Base-T.
Коммутаторы рабочих групп могут работать со скоростью 10 или 100 Mbps для различных портов. Такая возможность снижает уровень блокировки при попытке организации нескольких соединений клиентов 10 Mbps с одним скоростным портом. В рабочих группах с архитектурой клиент-сервер несколько клиентов 10 Mbps могут обращаться к серверу, подключенному к порту 100 Mbps. В показанном на рисунке 8 примере три узла 10 Mbps одновременно обращаются к серверу через порт 100 Mbps. Из полосы 100 Mbps, доступной для доступа к серверу, используется 30 Mbps, а 70 Mbps доступно для одновременного подключения к серверу еще семи устройств 10 Mbps через виртуальные каналы.


Поддержка различных скоростей полезна также для объединения групповых коммутаторов Ethernet с использованием концентраторов 100 Mbps Fast Ethernet (100Base-T) в качестве локальных магистралей (local backbone). В показанной на рисунке 9 конфигурации коммутаторы, поддерживающие скорости 10 Mbps и 100 Mbps подключены к концентратору 100 Mbps. Локальный трафик остается в пределах рабочей группы, а остальной трафик передается в сеть через концентратор 100 Mbps Ethernet.


Для подключения к повторителю 10 или 100 Mbps коммутатор должен иметь порт, способный работать с большим числом адресов Ethernet.
Основным преимуществом коммутаторов для рабочих групп является высокая производительность сети на уровне рабочей группы за счет предоставления каждому пользователю выделенной полосы канала (10 Mbps). Кроме того, коммутаторы снижают (в пределе до нуля) количество коллизий - в отличие от магистральных коммутаторов, описанных ниже, коммутаторы рабочих групп, не будут передавать коллизионные фрагменты адресатам. Коммутаторы для рабочих групп позволяют полностью сохранить сетевую инфраструктуру со стороны клиентов, включая программы, сетевые адаптеры, кабели. Стоимость коммутаторов для рабочих групп в расчете на один порт сегодня сравнима с ценами портов управляемых концентраторов.
Магистральные коммутаторы
Магистральные коммутаторы обеспечивают соединение со скоростью передачи среды между парой незанятых сегментов Ethernet. Если скорость портов для отправителя и получателя совпадают, сегмент получателя должен быть свободен во избежание блокировки.


На уровне рабочей группы каждый узел разделяет полосу 10 Mbps с другими узлами в том же сегменте. Пакет, адресованный за пределы данной группы, будет передан магистральным коммутатором как показано на рисунке 10. Магистральный коммутатор обеспечивает одновременную передачу пакетов со скоростью среды между любыми парами своих портов. Подобно коммутаторам для рабочих групп, магистральные коммутаторы могут поддерживать различную скорость для своих портов. Магистральные коммутаторы могут работать с сегментами 10Base-T и сегментами на основе коаксиального кабеля. В большинстве случаев использование магистральных коммутаторов обеспечивает более простой и эффективный способ повышения производительности сети по сравнению с маршрутизаторами и мостами.


Основным недостатком при работе с магистральными коммутаторами является то, что на уровне рабочих групп пользователи работают с разделяемой средой, если они подключены к сегментам, организованным на основе повторителей или коаксиального кабеля. Более того, время отклика на уровне рабочей группы может быть достаточно большим. В отличие от узлов, подключенных к портам коммутатора, для узлов, находящихся в сегментах 10Base-T или сегментах на основе коаксиального кабеля полоса 10 Mbps не гарантируется и они зачастую вынуждены ждать, пока другие узлы не закончат передачу своих пакетов. На уровне рабочей группы по прежнему сохраняются коллизии, а фрагменты пакетов с ошибками будут пересылаться во все сети, подключенные к магистрали. Перечисленных недостатков можно избежать, если на уровне рабочих групп использовать коммутаторы взамен хабов 10Base-T. В большинстве ресурсоемких приложений коммутатор 100 Mbps может выполнять роль скоростной магистрали для коммутаторов рабочих групп с портами 10 и 100 Mbps, концентраторами 100 Mbps и серверами, в которых установлены адаптеры Ethernet 100 Mbps.
Сравнение возможностей
Основные свойства коммутаторов Ethernet приведены в таблице 3:

Характеристика Коммутатор для рабочей группы Магистральный коммутатор
Число узлов на порт 1; 1
Выделенная полоса для отдельного узла + -
Установка и конфигурирование Простое Средней сложности
Совместимость с существующими адаптерами, кабелями и программами + +
Соединение сегментов на основе коаксиального кабеля и витой пары - +
Отсутствие коллизий на уровне рабочей группы + -
При коммутации с буферизацией коллизии не передаются в другие сегменты + -
Безопасность Высокий уровень Средний уровень
Поддержка различных скоростей Доступна Доступна
Основные применения Повышение производительности рабочих групп 10Base-T Альтернатива мостам и маршрутизаторам для сегментирования сетей. Соединение коммутаторов рабочих групп.
Преимущества коммутаторов Ethernet
Ниже перечислены основные преимущества использования коммутаторов Ethernet:
1. Повышение производительности за счет высокоскоростных соединений между сегментами Ethernet (магистральные коммутаторы) или узлами сети (коммутаторы для рабочих групп). В отличие от разделяемой среды Ethernet коммутаторы позволяют обеспечить рост интегральной производительности при добавлении в сеть пользователей или сегментов.
2. Снижение числа коллизий, особенно в тех случаях, когда каждый пользователь подключен к отдельному порту коммутатора.
3. Незначительные расходы при переходе от разделяемой среды к коммутируемой за счет сохранения существующей инфраструктуры 10 Mbps Ethernet (кабели, адаптеры, программы).
4. Повышение безопасности за счет передачи пакетов только в тот порт, к которому подключен адресат.
5. Малое и предсказуемое время задержки за счет того, что полосу разделяет небольшое число пользователей (в идеале - один)
Классы коммутаторов Ethernet
Хотя все коммутаторы имеют много общего, целесообразно разделить их на два класса, предназначенных для решения разных задач.
Коммутаторы для рабочих групп
Коммутаторы для рабочих групп обеспечивают выделенную полосу при соединении любой пары узлов, подключенных к портам коммутатора. Если порты имеют одинаковую скорость, получатель пакета должен быть свободен, чтобы не возникло блокировки.
Поддерживая на каждый порт по крайней мере то число адресов, которые могут присутствовать в сегменте, коммутатор обеспечивает для каждого порта выделенную полосу 10 Mbps. Каждый порт коммутатора связан с уникальным адресом подключенного к данному порту устройства Ethernet.


Физическое соединение ;точка-точка; между коммутаторами рабочих групп и узлами 10Base-T обычно выполняется неэкранированным кабелем на основе скрученных пар, а в узлах сети устанавливается оборудование, соответствующее стандарту 10Base-T.
Коммутаторы рабочих групп могут работать со скоростью 10 или 100 Mbps для различных портов. Такая возможность снижает уровень блокировки при попытке организации нескольких соединений клиентов 10 Mbps с одним скоростным портом. В рабочих группах с архитектурой клиент-сервер несколько клиентов 10 Mbps могут обращаться к серверу, подключенному к порту 100 Mbps. В показанном на рисунке 8 примере три узла 10 Mbps одновременно обращаются к серверу через порт 100 Mbps. Из полосы 100 Mbps, доступной для доступа к серверу, используется 30 Mbps, а 70 Mbps доступно для одновременного подключения к серверу еще семи устройств 10 Mbps через виртуальные каналы.


Поддержка различных скоростей полезна также для объединения групповых коммутаторов Ethernet с использованием концентраторов 100 Mbps Fast Ethernet (100Base-T) в качестве локальных магистралей (local backbone). В показанной на рисунке 9 конфигурации коммутаторы, поддерживающие скорости 10 Mbps и 100 Mbps подключены к концентратору 100 Mbps. Локальный трафик остается в пределах рабочей группы, а остальной трафик передается в сеть через концентратор 100 Mbps Ethernet.


Для подключения к повторителю 10 или 100 Mbps коммутатор должен иметь порт, способный работать с большим числом адресов Ethernet.
Основным преимуществом коммутаторов для рабочих групп является высокая производительность сети на уровне рабочей группы за счет предоставления каждому пользователю выделенной полосы канала (10 Mbps). Кроме того, коммутаторы снижают (в пределе до нуля) количество коллизий - в отличие от магистральных коммутаторов, описанных ниже, коммутаторы рабочих групп, не будут передавать коллизионные фрагменты адресатам. Коммутаторы для рабочих групп позволяют полностью сохранить сетевую инфраструктуру со стороны клиентов, включая программы, сетевые адаптеры, кабели. Стоимость коммутаторов для рабочих групп в расчете на один порт сегодня сравнима с ценами портов управляемых концентраторов.
Магистральные коммутаторы
Магистральные коммутаторы обеспечивают соединение со скоростью передачи среды между парой незанятых сегментов Ethernet. Если скорость портов для отправителя и получателя совпадают, сегмент получателя должен быть свободен во избежание блокировки.

На уровне рабочей группы каждый узел разделяет полосу 10 Mbps с другими узлами в том же сегменте. Пакет, адресованный за пределы данной группы, будет передан магистральным коммутатором как показано на рисунке 10. Магистральный коммутатор обеспечивает одновременную передачу пакетов со скоростью среды между любыми парами своих портов. Подобно коммутаторам для рабочих групп, магистральные коммутаторы могут поддерживать различную скорость для своих портов. Магистральные коммутаторы могут работать с сегментами 10Base-T и сегментами на основе коаксиального кабеля. В большинстве случаев использование магистральных коммутаторов обеспечивает более простой и эффективный способ повышения производительности сети по сравнению с маршрутизаторами и мостами.

Основным недостатком при работе с магистральными коммутаторами является то, что на уровне рабочих групп пользователи работают с разделяемой средой, если они подключены к сегментам, организованным на основе повторителей или коаксиального кабеля. Более того, время отклика на уровне рабочей группы может быть достаточно большим. В отличие от узлов, подключенных к портам коммутатора, для узлов, находящихся в сегментах 10Base-T или сегментах на основе коаксиального кабеля полоса 10 Mbps не гарантируется и они зачастую вынуждены ждать, пока другие узлы не закончат передачу своих пакетов. На уровне рабочей группы по прежнему сохраняются коллизии, а фрагменты пакетов с ошибками будут пересылаться во все сети, подключенные к магистрали. Перечисленных недостатков можно избежать, если на уровне рабочих групп использовать коммутаторы взамен хабов 10Base-T. В большинстве ресурсоемких приложений коммутатор 100 Mbps может выполнять роль скоростной магистрали для коммутаторов рабочих групп с портами 10 и 100 Mbps, концентраторами 100 Mbps и серверами, в которых установлены адаптеры Ethernet 100 Mbps.
Сравнение возможностей
Основные свойства коммутаторов Ethernet

Характеристика Коммутатор для рабочей группы Магистральный коммутатор
Число узлов на порт 1 > 1
Выделенная полоса для отдельного узла + -
Установка и конфигурирование Простое Средней сложности
Совместимость с существующими адаптерами, кабелями и программами + +
Соединение сегментов на основе коаксиального кабеля и витой пары - +
Отсутствие коллизий на уровне рабочей группы + -
При коммутации с буферизацией коллизии не передаются в другие сегменты + -
Безопасность Высокий уровень Средний уровень
Поддержка различных скоростей Доступна Доступна
Основные применения Повышение производительности рабочих групп 10Base-T Альтернатива мостам и маршрутизаторам для сегментирования сетей. Соединение коммутаторов рабочих групп.
Преимущества коммутаторов Ethernet
Ниже перечислены основные преимущества использования коммутаторов Ethernet:
1. Повышение производительности за счет высокоскоростных соединений между сегментами Ethernet (магистральные коммутаторы) или узлами сети (коммутаторы для рабочих групп). В отличие от разделяемой среды Ethernet коммутаторы позволяют обеспечить рост интегральной производительности при добавлении в сеть пользователей или сегментов.
2. Снижение числа коллизий, особенно в тех случаях, когда каждый пользователь подключен к отдельному порту коммутатора.
3. Незначительные расходы при переходе от разделяемой среды к коммутируемой за счет сохранения существующей инфраструктуры 10 Mbps Ethernet (кабели, адаптеры, программы).
4. Повышение безопасности за счет передачи пакетов только в тот порт, к которому подключен адресат.
5. Малое и предсказуемое время задержки за счет того, что полосу разделяет небольшое число пользователей (в идеале - один)
Классы коммутаторов Ethernet
Хотя все коммутаторы имеют много общего, целесообразно разделить их на два класса, предназначенных для решения разных задач.
Коммутаторы для рабочих групп
Коммутаторы для рабочих групп обеспечивают выделенную полосу при соединении любой пары узлов, подключенных к портам коммутатора. Если порты имеют одинаковую скорость, получатель пакета должен быть свободен, чтобы не возникло блокировки.
Поддерживая на каждый порт по крайней мере то число адресов, которые могут присутствовать в сегменте, коммутатор обеспечивает для каждого порта выделенную полосу 10 Mbps. Каждый порт коммутатора связан с уникальным адресом подключенного к данному порту устройства Ethernet.


Физическое соединение ;точка-точка; между коммутаторами рабочих групп и узлами 10Base-T обычно выполняется неэкранированным кабелем на основе скрученных пар, а в узлах сети устанавливается оборудование, соответствующее стандарту 10Base-T.
Коммутаторы рабочих групп могут работать со скоростью 10 или 100 Mbps для различных портов. Такая возможность снижает уровень блокировки при попытке организации нескольких соединений клиентов 10 Mbps с одним скоростным портом. В рабочих группах с архитектурой клиент-сервер несколько клиентов 10 Mbps могут обращаться к серверу, подключенному к порту 100 Mbps. В показанном на рисунке 8 примере три узла 10 Mbps одновременно обращаются к серверу через порт 100 Mbps. Из полосы 100 Mbps, доступной для доступа к серверу, используется 30 Mbps, а 70 Mbps доступно для одновременного подключения к серверу еще семи устройств 10 Mbps через виртуальные каналы.


Поддержка различных скоростей полезна также для объединения групповых коммутаторов Ethernet с использованием концентраторов 100 Mbps Fast Ethernet (100Base-T) в качестве локальных магистралей (local backbone). В показанной на рисунке 9 конфигурации коммутаторы, поддерживающие скорости 10 Mbps и 100 Mbps подключены к концентратору 100 Mbps. Локальный трафик остается в пределах рабочей группы, а остальной трафик передается в сеть через концентратор 100 Mbps Ethernet.


Для подключения к повторителю 10 или 100 Mbps коммутатор должен иметь порт, способный работать с большим числом адресов Ethernet.
Основным преимуществом коммутаторов для рабочих групп является высокая производительность сети на уровне рабочей группы за счет предоставления каждому пользователю выделенной полосы канала (10 Mbps). Кроме того, коммутаторы снижают (в пределе до нуля) количество коллизий - в отличие от магистральных коммутаторов, описанных ниже, коммутаторы рабочих групп, не будут передавать коллизионные фрагменты адресатам. Коммутаторы для рабочих групп позволяют полностью сохранить сетевую инфраструктуру со стороны клиентов, включая программы, сетевые адаптеры, кабели. Стоимость коммутаторов для рабочих групп в расчете на один порт сегодня сравнима с ценами портов управляемых концентраторов.
Магистральные коммутаторы
Магистральные коммутаторы обеспечивают соединение со скоростью передачи среды между парой незанятых сегментов Ethernet. Если скорость портов для отправителя и получателя совпадают, сегмент получателя должен быть свободен во избежание блокировки.


На уровне рабочей группы каждый узел разделяет полосу 10 Mbps с другими узлами в том же сегменте. Пакет, адресованный за пределы данной группы, будет передан магистральным коммутатором как показано на рисунке 10. Магистральный коммутатор обеспечивает одновременную передачу пакетов со скоростью среды между любыми парами своих портов. Подобно коммутаторам для рабочих групп, магистральные коммутаторы могут поддерживать различную скорость для своих портов. Магистральные коммутаторы могут работать с сегментами 10Base-T и сегментами на основе коаксиального кабеля. В большинстве случаев использование магистральных коммутаторов обеспечивает более простой и эффективный способ повышения производительности сети по сравнению с маршрутизаторами и мостами.


Основным недостатком при работе с магистральными коммутаторами является то, что на уровне рабочих групп пользователи работают с разделяемой средой, если они подключены к сегментам, организованным на основе повторителей или коаксиального кабеля. Более того, время отклика на уровне рабочей группы может быть достаточно большим. В отличие от узлов, подключенных к портам коммутатора, для узлов, находящихся в сегментах 10Base-T или сегментах на основе коаксиального кабеля полоса 10 Mbps не гарантируется и они зачастую вынуждены ждать, пока другие узлы не закончат передачу своих пакетов. На уровне рабочей группы по прежнему сохраняются коллизии, а фрагменты пакетов с ошибками будут пересылаться во все сети, подключенные к магистрали. Перечисленных недостатков можно избежать, если на уровне рабочих групп использовать коммутаторы взамен хабов 10Base-T. В большинстве ресурсоемких приложений коммутатор 100 Mbps может выполнять роль скоростной магистрали для коммутаторов рабочих групп с портами 10 и 100 Mbps, концентраторами 100 Mbps и серверами, в которых установлены адаптеры Ethernet 100 Mbps.
Сравнение возможностей
Основные свойства коммутаторов Ethernet

Характеристика Коммутатор для рабочей группы Магистральный коммутатор
Число узлов на порт 1 1
Выделенная полоса для отдельного узла + -
Установка и конфигурирование Простое Средней сложности
Совместимость с существующими адаптерами, кабелями и программами + +
Соединение сегментов на основе коаксиального кабеля и витой пары - +
Отсутствие коллизий на уровне рабочей группы + -
При коммутации с буферизацией коллизии не передаются в другие сегменты + -
Безопасность Высокий уровень Средний уровень
Поддержка различных скоростей Доступна Доступна
Основные применения Повышение производительности рабочих групп 10Base-T Альтернатива мостам и маршрутизаторам для сегментирования сетей. Соединение коммутаторов рабочих групп.
Преимущества коммутаторов Ethernet
Ниже перечислены основные преимущества использования коммутаторов Ethernet:
1. Повышение производительности за счет высокоскоростных соединений между сегментами Ethernet (магистральные коммутаторы) или узлами сети (коммутаторы для рабочих групп). В отличие от разделяемой среды Ethernet коммутаторы позволяют обеспечить рост интегральной производительности при добавлении в сеть пользователей или сегментов.
2. Снижение числа коллизий, особенно в тех случаях, когда каждый пользователь подключен к отдельному порту коммутатора.
3. Незначительные расходы при переходе от разделяемой среды к коммутируемой за счет сохранения существующей инфраструктуры 10 Mbps Ethernet (кабели, адаптеры, программы).
4. Повышение безопасности за счет передачи пакетов только в тот порт, к которому подключен адресат.
5. Малое и предсказуемое время задержки за счет того, что полосу разделяет небольшое число пользователей (в идеале - один)
Применение коммутаторов
Объединение концентраторов 10Base-T с помощью магистрального коммутатора
Магистральные коммутаторы прежде всего используются в качестве недорогой альтернативы многопротокольным маршрутизаторам для сегментирования сети. Например, при добавление в сеть, уже содержащую 100 узлов, некоторого количества производительных станций, работа этих станций в сети будет казаться замедленной. Выходом из положения может быть деление сети на несколько сегментов с использование магистрального коммутатора для связи этих сегментов.


В приведенном на рисунке 12 примере интегральная пропускная способность составляет 40 Mbps (четыре сегмента 10 Mbps Ethernet). В такой ситуации можно использовать для сегментирования и мультипротокольный маршрутизатор, однако это будет дороже и сложнее. Если основной задачей является повышение производительности сети, установка коммутатора обеспечит наиболее простое и эффективное решение.
Выделенная полоса для каждого пользователя
Магистральные коммутаторы обеспечивают эффективное сегментирование сети, а коммутаторы для рабочих групп способны предоставить каждому пользователю всю полосу среды. Следовательно, коммутаторы для рабочих групп позволяют значительно повысить производительность работы каждого пользователя в группе и избавить от коллизий. Повышение производительности и снижение времени отклика обеспечивают гигантские преимущества по сравнению с использованием разделяемой среды.


Рабочие группы с несколькими серверами
Если все узлы подключены к концентратору 10Base-T производительность будет невысокой за счет частых случаев одновременного обращения нескольких пользователей к одному серверу. Замена хаба 10Base-T коммутатором для рабочей группы может существенно повысить производительность работы группы.
Рабочие группы с архитектурой клиент-сервер
Для рабочих групп, где большая часть трафика связана с одним узлом (сервер) существенно повысить производительность можно за счет использования коммутатора, имеющего порты, работающие с более высокой скоростью, нежели скорость клиентов В таком случае сервер подключается к порту 100 Mbps, что позволяет избавиться от пробок при одновременном обращении к серверу нескольких пользователей (см. рисунок 8). Используя порт 100 Mbps для подключения сервера, можно обеспечить десять одновременных подключений со скоростью 10 Mbps. Порт 100 Mbps можно также использовать для подключения к магистральному коммутатору или концентратору 100 Mbps.
Объединение коммутаторов рабочих групп и корпоративных серверов
Создание больших сетей Ethernet на базе коммутаторов для рабочих групп требует организации скоростного соединения коммутаторов между собой. Кроме того, целесообразно организовать скоростную магистраль для доступа к серверам, используемым всеми рабочими группами сети. Для организации такой магистрали можно использовать коммутаторы или хабы 100 Mbps Ethernet, к портам которых подключаются коммутаторы рабочих групп как это показано на рисунке 14.

В нашем примере рабочие станции имеют выделенную полосу 10 Mbps для доступа к серверам через коммутатор рабочей группы и концентратор 100 Mbps Ethernet. Концентратор 100Base-T и корпоративные серверы обычно располагаются в одном помещении, а коммутаторы рабочих групп устанавливаются вблизи этих групп и соединяются с хабом стандартными кабелями.
Заключение
Коммутация Ethernet является недорогой высокопроизводительной технологией модернизации существующих сетей 10 Mbps Ethernet. Коммутатор является достойной альтернативой многопротокольным маршрутизаторам для деление больших сетей на несколько сегментов. Коммутаторы для рабочих групп предоставляют выделенную полосу каждому пользователю и, по сути, являются единственным эффективным способом модернизации сетей 10Base-T. Стоимость таких коммутаторов в расчете на один порт сегодня сравнима с ценой порта в сегментируемом наращиваемом концентраторе. При использовании вместе с магистралями 100 Mbps коммутаторы для рабочих групп позволяют организовать большие высокопроизводительные сети. Для организации эффективных магистралей 100 Mbps следует использовать коммутаторы 100 Mbps Ethernet, известные также как Fast Ethernet и 100Base-T. Коммутаторы можно использовать без внесения каких-либо изменений в существующие кабельные системы 10Base-T, оборудование рабочих станций и т.п., что позволяет значительно снизить расходы на модернизацию сетей.
Применение коммутаторов
Объединение концентраторов 10Base-T с помощью магистрального коммутатора
Магистральные коммутаторы прежде всего используются в качестве недорогой альтернативы многопротокольным маршрутизаторам для сегментирования сети. Например, при добавление в сеть, уже содержащую 100 узлов, некоторого количества производительных станций, работа этих станций в сети будет казаться замедленной. Выходом из положения может быть деление сети на несколько сегментов с использование магистрального коммутатора для связи этих сегментов.

В приведенном на рисунке 12 примере интегральная пропускная способность составляет 40 Mbps (четыре сегмента 10 Mbps Ethernet). В такой ситуации можно использовать для сегментирования и мультипротокольный маршрутизатор, однако это будет дороже и сложнее. Если основной задачей является повышение производительности сети, установка коммутатора обеспечит наиболее простое и эффективное решение.
Выделенная полоса для каждого пользователя
Магистральные коммутаторы обеспечивают эффективное сегментирование сети, а коммутаторы для рабочих групп способны предоставить каждому пользователю всю полосу среды. Следовательно, коммутаторы для рабочих групп позволяют значительно повысить производительность работы каждого пользователя в группе и избавить от коллизий. Повышение производительности и снижение времени отклика обеспечивают гигантские преимущества по сравнению с использованием разделяемой среды.


Рабочие группы с несколькими серверами
Если все узлы подключены к концентратору 10Base-T производительность будет невысокой за счет частых случаев одновременного обращения нескольких пользователей к одному серверу. Замена хаба 10Base-T коммутатором для рабочей группы может существенно повысить производительность работы группы.
Рабочие группы с архитектурой клиент-сервер
Для рабочих групп, где большая часть трафика связана с одним узлом (сервер) существенно повысить производительность можно за счет использования коммутатора, имеющего порты, работающие с более высокой скоростью, нежели скорость клиентов В таком случае сервер подключается к порту 100 Mbps, что позволяет избавиться от пробок при одновременном обращении к серверу нескольких пользователей (см. рисунок 8). Используя порт 100 Mbps для подключения сервера, можно обеспечить десять одновременных подключений со скоростью 10 Mbps. Порт 100 Mbps можно также использовать для подключения к магистральному коммутатору или концентратору 100 Mbps.
Объединение коммутаторов рабочих групп и корпоративных серверов
Создание больших сетей Ethernet на базе коммутаторов для рабочих групп требует организации скоростного соединения коммутаторов между собой. Кроме того, целесообразно организовать скоростную магистраль для доступа к серверам, используемым всеми рабочими группами сети. Для организации такой магистрали можно использовать коммутаторы или хабы 100 Mbps Ethernet, к портам которых подключаются коммутаторы рабочих групп.


В нашем примере рабочие станции имеют выделенную полосу 10 Mbps для доступа к серверам через коммутатор рабочей группы и концентратор 100 Mbps Ethernet. Концентратор 100Base-T и корпоративные серверы обычно располагаются в одном помещении, а коммутаторы рабочих групп устанавливаются вблизи этих групп и соединяются с хабом стандартными кабелями.
Заключение
Коммутация Ethernet является недорогой высокопроизводительной технологией модернизации существующих сетей 10 Mbps Ethernet. Коммутатор является достойной альтернативой многопротокольным маршрутизаторам для деление больших сетей на несколько сегментов. Коммутаторы для рабочих групп предоставляют выделенную полосу каждому пользователю и, по сути, являются единственным эффективным способом модернизации сетей 10Base-T. Стоимость таких коммутаторов в расчете на один порт сегодня сравнима с ценой порта в сегментируемом наращиваемом концентраторе. При использовании вместе с магистралями 100 Mbps коммутаторы для рабочих групп позволяют организовать большие высокопроизводительные сети. Для организации эффективных магистралей 100 Mbps следует использовать коммутаторы 100 Mbps Ethernet, известные также как Fast Ethernet и 100Base-T. Коммутаторы можно использовать без внесения каких-либо изменений в существующие кабельные системы 10Base-T, оборудование рабочих станций и т.п., что позволяет значительно снизить расходы на модернизацию сетей.
Применение коммутаторов
Объединение концентраторов 10Base-T с помощью магистрального коммутатора
Магистральные коммутаторы прежде всего используются в качестве недорогой альтернативы многопротокольным маршрутизаторам для сегментирования сети. Например, при добавление в сеть, уже содержащую 100 узлов, некоторого количества производительных станций, работа этих станций в сети будет казаться замедленной. Выходом из положения может быть деление сети на несколько сегментов с использование магистрального коммутатора для связи этих сегментов.


В приведенном на рисунке 12 примере интегральная пропускная способность составляет 40 Mbps (четыре сегмента 10 Mbps Ethernet). В такой ситуации можно использовать для сегментирования и мультипротокольный маршрутизатор, однако это будет дороже и сложнее. Если основной задачей является повышение производительности сети, установка коммутатора обеспечит наиболее простое и эффективное решение.
Выделенная полоса для каждого пользователя
Магистральные коммутаторы обеспечивают эффективное сегментирование сети, а коммутаторы для рабочих групп способны предоставить каждому пользователю всю полосу среды. Следовательно, коммутаторы для рабочих групп позволяют значительно повысить производительность работы каждого пользователя в группе и избавить от коллизий. Повышение производительности и снижение времени отклика обеспечивают гигантские преимущества по сравнению с использованием разделяемой среды.


Рабочие группы с несколькими серверами
Если все узлы подключены к концентратору 10Base-T производительность будет невысокой за счет частых случаев одновременного обращения нескольких пользователей к одному серверу. Замена хаба 10Base-T коммутатором для рабочей группы может существенно повысить производительность работы группы.
Рабочие группы с архитектурой клиент-сервер
Для рабочих групп, где большая часть трафика связана с одним узлом (сервер) существенно повысить производительность можно за счет использования коммутатора, имеющего порты, работающие с более высокой скоростью, нежели скорость клиентов В таком случае сервер подключается к порту 100 Mbps, что позволяет избавиться от пробок при одновременном обращении к серверу нескольких пользователей (см. рисунок 8). Используя порт 100 Mbps для подключения сервера, можно обеспечить десять одновременных подключений со скоростью 10 Mbps. Порт 100 Mbps можно также использовать для подключения к магистральному коммутатору или концентратору 100 Mbps.
Объединение коммутаторов рабочих групп и корпоративных серверов
Создание больших сетей Ethernet на базе коммутаторов для рабочих групп требует организации скоростного соединения коммутаторов между собой. Кроме того, целесообразно организовать скоростную магистраль для доступа к серверам, используемым всеми рабочими группами сети. Для организации такой магистрали можно использовать коммутаторы или хабы 100 Mbps Ethernet, к портам которых подключаются коммутаторы рабочих групп .


В нашем примере рабочие станции имеют выделенную полосу 10 Mbps для доступа к серверам через коммутатор рабочей группы и концентратор 100 Mbps Ethernet. Концентратор 100Base-T и корпоративные серверы обычно располагаются в одном помещении, а коммутаторы рабочих групп устанавливаются вблизи этих групп и соединяются с хабом стандартными кабелями.
Заключение
Коммутация Ethernet является недорогой высокопроизводительной технологией модернизации существующих сетей 10 Mbps Ethernet. Коммутатор является достойной альтернативой многопротокольным маршрутизаторам для деление больших сетей на несколько сегментов. Коммутаторы для рабочих групп предоставляют выделенную полосу каждому пользователю и, по сути, являются единственным эффективным способом модернизации сетей 10Base-T. Стоимость таких коммутаторов в расчете на один порт сегодня сравнима с ценой порта в сегментируемом наращиваемом концентраторе. При использовании вместе с магистралями 100 Mbps коммутаторы для рабочих групп позволяют организовать большие высокопроизводительные сети. Для организации эффективных магистралей 100 Mbps следует использовать коммутаторы 100 Mbps Ethernet, известные также как Fast Ethernet и 100Base-T. Коммутаторы можно использовать без внесения каких-либо изменений в существующие кабельные системы 10Base-T, оборудование рабочих станций и т.п., что позволяет значительно снизить расходы на модернизацию сетей.
Применение коммутаторов
Объединение концентраторов 10Base-T с помощью магистрального коммутатора
Магистральные коммутаторы прежде всего используются в качестве недорогой альтернативы многопротокольным маршрутизаторам для сегментирования сети. Например, при добавление в сеть, уже содержащую 100 узлов, некоторого количества производительных станций, работа этих станций в сети будет казаться замедленной. Выходом из положения может быть деление сети на несколько сегментов с использование магистрального коммутатора для связи этих сегментов.


В приведенном на рисунке 12 примере интегральная пропускная способность составляет 40 Mbps (четыре сегмента 10 Mbps Ethernet). В такой ситуации можно использовать для сегментирования и мультипротокольный маршрутизатор, однако это будет дороже и сложнее. Если основной задачей является повышение производительности сети, установка коммутатора обеспечит наиболее простое и эффективное решение.
Выделенная полоса для каждого пользователя
Магистральные коммутаторы обеспечивают эффективное сегментирование сети, а коммутаторы для рабочих групп способны предоставить каждому пользователю всю полосу среды. Следовательно, коммутаторы для рабочих групп позволяют значительно повысить производительность работы каждого пользователя в группе и избавить от коллизий. Повышение производительности и снижение времени отклика обеспечивают гигантские преимущества по сравнению с использованием разделяемой среды.

Рабочие группы с несколькими серверами
Если все узлы подключены к концентратору 10Base-T производительность будет невысокой за счет частых случаев одновременного обращения нескольких пользователей к одному серверу. Замена хаба 10Base-T коммутатором для рабочей группы может существенно повысить производительность работы группы.
Рабочие группы с архитектурой клиент-сервер
Для рабочих групп, где большая часть трафика связана с одним узлом (сервер) существенно повысить производительность можно за счет использования коммутатора, имеющего порты, работающие с более высокой скоростью, нежели скорость клиентов В таком случае сервер подключается к порту 100 Mbps, что позволяет избавиться от пробок при одновременном обращении к серверу нескольких пользователей (см. рисунок 8). Используя порт 100 Mbps для подключения сервера, можно обеспечить десять одновременных подключений со скоростью 10 Mbps. Порт 100 Mbps можно также использовать для подключения к магистральному коммутатору или концентратору 100 Mbps.
Объединение коммутаторов рабочих групп и корпоративных серверов
Создание больших сетей Ethernet на базе коммутаторов для рабочих групп требует организации скоростного соединения коммутаторов между собой. Кроме того, целесообразно организовать скоростную магистраль для доступа к серверам, используемым всеми рабочими группами сети. Для организации такой магистрали можно использовать коммутаторы или хабы 100 Mbps Ethernet, к портам которых подключаются коммутаторы рабочих групп как это показано на рисунке 14.


В нашем примере рабочие станции имеют выделенную полосу 10 Mbps для доступа к серверам через коммутатор рабочей группы и концентратор 100 Mbps Ethernet. Концентратор 100Base-T и корпоративные серверы обычно располагаются в одном помещении, а коммутаторы рабочих групп устанавливаются вблизи этих групп и соединяются с хабом стандартными кабелями.
Заключение
Коммутация Ethernet является недорогой высокопроизводительной технологией модернизации существующих сетей 10 Mbps Ethernet. Коммутатор является достойной альтернативой многопротокольным маршрутизаторам для деление больших сетей на несколько сегментов. Коммутаторы для рабочих групп предоставляют выделенную полосу каждому пользователю и, по сути, являются единственным эффективным способом модернизации сетей 10Base-T. Стоимость таких коммутаторов в расчете на один порт сегодня сравнима с ценой порта в сегментируемом наращиваемом концентраторе. При использовании вместе с магистралями 100 Mbps коммутаторы для рабочих групп позволяют организовать большие высокопроизводительные сети. Для организации эффективных магистралей 100 Mbps следует использовать коммутаторы 100 Mbps Ethernet, известные также как Fast Ethernet и 100Base-T. Коммутаторы можно использовать без внесения каких-либо изменений в существующие кабельные системы 10Base-T, оборудование рабочих станций и т.п., что позволяет значительно снизить расходы на модернизацию сетей.
Применение коммутаторов
Объединение концентраторов 10Base-T с помощью магистрального коммутатора
Магистральные коммутаторы прежде всего используются в качестве недорогой альтернативы многопротокольным маршрутизаторам для сегментирования сети. Например, при добавление в сеть, уже содержащую 100 узлов, некоторого количества производительных станций, работа этих станций в сети будет казаться замедленной. Выходом из положения может быть деление сети на несколько сегментов с использование магистрального коммутатора для связи этих сегментов.


В приведенном на рисунке 12 примере интегральная пропускная способность составляет 40 Mbps (четыре сегмента 10 Mbps Ethernet). В такой ситуации можно использовать для сегментирования и мультипротокольный маршрутизатор, однако это будет дороже и сложнее. Если основной задачей является повышение производительности сети, установка коммутатора обеспечит наиболее простое и эффективное решение.
Выделенная полоса для каждого пользователя
Магистральные коммутаторы обеспечивают эффективное сегментирование сети, а коммутаторы для рабочих групп способны предоставить каждому пользователю всю полосу среды. Следовательно, коммутаторы для рабочих групп позволяют значительно повысить производительность работы каждого пользователя в группе и избавить от коллизий. Повышение производительности и снижение времени отклика обеспечивают гигантские преимущества по сравнению с использованием разделяемой среды.


Рабочие группы с несколькими серверами
Если все узлы подключены к концентратору 10Base-T производительность будет невысокой за счет частых случаев одновременного обращения нескольких пользователей к одному серверу. Замена хаба 10Base-T коммутатором для рабочей группы может существенно повысить производительность работы группы.
Рабочие группы с архитектурой клиент-сервер
Для рабочих групп, где большая часть трафика связана с одним узлом (сервер) существенно повысить производительность можно за счет использования коммутатора, имеющего порты, работающие с более высокой скоростью, нежели скорость клиентов В таком случае сервер подключается к порту 100 Mbps, что позволяет избавиться от пробок при одновременном обращении к серверу нескольких пользователей (см. рисунок 8). Используя порт 100 Mbps для подключения сервера, можно обеспечить десять одновременных подключений со скоростью 10 Mbps. Порт 100 Mbps можно также использовать для подключения к магистральному коммутатору или концентратору 100 Mbps.
Объединение коммутаторов рабочих групп и корпоративных серверов
Создание больших сетей Ethernet на базе коммутаторов для рабочих групп требует организации скоростного соединения коммутаторов между собой. Кроме того, целесообразно организовать скоростную магистраль для доступа к серверам, используемым всеми рабочими группами сети. Для организации такой магистрали можно использовать коммутаторы или хабы 100 Mbps Ethernet, к портам которых подключаются коммутаторы рабочих групп.


В нашем примере рабочие станции имеют выделенную полосу 10 Mbps для доступа к серверам через коммутатор рабочей группы и концентратор 100 Mbps Ethernet. Концентратор 100Base-T и корпоративные серверы обычно располагаются в одном помещении, а коммутаторы рабочих групп устанавливаются вблизи этих групп и соединяются с хабом стандартными кабелями.
Заключение
Коммутация Ethernet является недорогой высокопроизводительной технологией модернизации существующих сетей 10 Mbps Ethernet. Коммутатор является достойной альтернативой многопротокольным маршрутизаторам для деление больших сетей на несколько сегментов. Коммутаторы для рабочих групп предоставляют выделенную полосу каждому пользователю и, по сути, являются единственным эффективным способом модернизации сетей 10Base-T. Стоимость таких коммутаторов в расчете на один порт сегодня сравнима с ценой порта в сегментируемом наращиваемом концентраторе. При использовании вместе с магистралями 100 Mbps коммутаторы для рабочих групп позволяют организовать большие высокопроизводительные сети. Для организации эффективных магистралей 100 Mbps следует использовать коммутаторы 100 Mbps Ethernet, известные также как Fast Ethernet и 100Base-T. Коммутаторы можно использовать без внесения каких-либо изменений в существующие кабельные системы 10Base-T, оборудование рабочих станций и т.п., что позволяет значительно снизить расходы на модернизацию сетей.
Применение коммутаторов
Объединение концентраторов 10Base-T с помощью магистрального коммутатора
Магистральные коммутаторы прежде всего используются в качестве недорогой альтернативы многопротокольным маршрутизаторам для сегментирования сети. Например, при добавление в сеть, уже содержащую 100 узлов, некоторого количества производительных станций, работа этих станций в сети будет казаться замедленной. Выходом из положения может быть деление сети на несколько сегментов с использование магистрального коммутатора для связи этих сегментов.


В приведенном на рисунке 12 примере интегральная пропускная способность составляет 40 Mbps (четыре сегмента 10 Mbps Ethernet). В такой ситуации можно использовать для сегментирования и мультипротокольный маршрутизатор, однако это будет дороже и сложнее. Если основной задачей является повышение производительности сети, установка коммутатора обеспечит наиболее простое и эффективное решение.
Выделенная полоса для каждого пользователя
Магистральные коммутаторы обеспечивают эффективное сегментирование сети, а коммутаторы для рабочих групп способны предоставить каждому пользователю всю полосу среды. Следовательно, коммутаторы для рабочих групп позволяют значительно повысить производительность работы каждого пользователя в группе и избавить от коллизий. Повышение производительности и снижение времени отклика обеспечивают гигантские преимущества по сравнению с использованием разделяемой среды.


Рабочие группы с несколькими серверами
Если все узлы подключены к концентратору 10Base-T производительность будет невысокой за счет частых случаев одновременного обращения нескольких пользователей к одному серверу. Замена хаба 10Base-T коммутатором для рабочей группы может существенно повысить производительность работы группы.
Рабочие группы с архитектурой клиент-сервер
Для рабочих групп, где большая часть трафика связана с одним узлом (сервер) существенно повысить производительность можно за счет использования коммутатора, имеющего порты, работающие с более высокой скоростью, нежели скорость клиентов В таком случае сервер подключается к порту 100 Mbps, что позволяет избавиться от пробок при одновременном обращении к серверу нескольких пользователей (см. рисунок 8). Используя порт 100 Mbps для подключения сервера, можно обеспечить десять одновременных подключений со скоростью 10 Mbps. Порт 100 Mbps можно также использовать для подключения к магистральному коммутатору или концентратору 100 Mbps.
Объединение коммутаторов рабочих групп и корпоративных серверов
Создание больших сетей Ethernet на базе коммутаторов для рабочих групп требует организации скоростного соединения коммутаторов между собой. Кроме того, целесообразно организовать скоростную магистраль для доступа к серверам, используемым всеми рабочими группами сети. Для организации такой магистрали можно использовать коммутаторы или хабы 100 Mbps Ethernet, к портам которых подключаются коммутаторы рабочих групп.


В нашем примере рабочие станции имеют выделенную полосу 10 Mbps для доступа к серверам через коммутатор рабочей группы и концентратор 100 Mbps Ethernet. Концентратор 100Base-T и корпоративные серверы обычно располагаются в одном помещении, а коммутаторы рабочих групп устанавливаются вблизи этих групп и соединяются с хабом стандартными кабелями.
Заключение
Коммутация Ethernet является недорогой высокопроизводительной технологией модернизации существующих сетей 10 Mbps Ethernet. Коммутатор является достойной альтернативой многопротокольным маршрутизаторам для деление больших сетей на несколько сегментов. Коммутаторы для рабочих групп предоставляют выделенную полосу каждому пользователю и, по сути, являются единственным эффективным способом модернизации сетей 10Base-T. Стоимость таких коммутаторов в расчете на один порт сегодня сравнима с ценой порта в сегментируемом наращиваемом концентраторе. При использовании вместе с магистралями 100 Mbps коммутаторы для рабочих групп позволяют организовать большие высокопроизводительные сети. Для организации эффективных магистралей 100 Mbps следует использовать коммутаторы 100 Mbps Ethernet, известные также как Fast Ethernet и 100Base-T. Коммутаторы можно использовать без внесения каких-либо изменений в существующие кабельные системы 10Base-T, оборудование рабочих станций и т.п., что позволяет значительно снизить расходы на модернизацию сетей.

Кубики для Сисопа
или FastEthernet для всех и каждого
В предыдущей статье данного цикла (Кубики для Сисопа) мы обсудили основы построения ЛВС на технологии Ethernet и ее исторические корни. Сегодня мы продолжим разговор, перейдя еще ближе к практике - обсуждая современную технологию FastEthernet, ее достоинства и недостатки, с примерами удачного и неудачного построения сетей на ее основе.

FAST ETHERNET - всерьез и надолго

Технология FastEthernet появилась как плод эволюционного развития обычной Ethernet 10Base-T и унаследовала от нее многие принципы (включая основные форматы пакетов данных, адресацию, CSMA/CD и многое другое). С другой стороны, физический уровень приемопередатчиков FastEthernet скопирован с технологии FDDI. Любители технических подробностей могут сразу углубиться в стандарт IEEE 802.12u (описывающий принципы FastEthernet 100Base-TX, 100Base-FX и 100Base-T4), мы же пока поговорим об основных практических выводах, которые можно почерпнуть из этого стандарта.

Начнем с констатации очевидного факта, что FastEthernet передает и принимает пакеты данных на скорости 100Mbit/s - из чего многие делают вывод, что он в 10 раз быстрее обычного Ethernet (10Mbit/s). Это распространенное заблуждение, вызванное незнанием основ Ethernet - дело в том, что, во-первых, не 100% времени сеть передает пакеты (стандарт требует выдерживать между пакетами паузу не менее 960ns, так называемый InterPacket Gap, или IPG), а во-вторых, FastEthernet при одинаковом уровне нагрузки и одинаковой геометрической протяженности склонна иметь существенно больше коллизий, чем классическая Ethernet.

С IPG все относительно просто: в сети Ethernet, где каждый бит передавался за 100ns, наличие паузы в 960ns (менее 10 бит) не сказывалось сколько-нибудь серьезно на пропускной способности - например, для самого короткого из возможных пакета данных в 64 байта (512 бит) падение пропускной способности из-за наличия IPG составит менее 2%. Совсем иное дело в FastEthernet, где пакеты передаются в 10 раз быстрее (один бит за 10 ns) - там пауза в 960ns адекватна уже 96 бит данных, и падение производительности сети от теоретически возможного уровня из-за наличия IPG на пакетах 64 байта составит 19%, то есть почти 1/5 полосы пропускания. К счастью, не все так плохо, поскольку данные могут передаваться пакетами большей длинны (1518 байт максимум), что уменьшает потери от IPG. Кроме того, существуют сетевые карты, умеющие в режиме FullDuplex работать без IPG (что является нарушением стандарта, но в рамках оборудования от одного производителя вполне работоспособно).

Ситуация с коллизионной нагрузкой сложнее для понимания. Говоря упрощенно, коллизия в сетях с CSMA/CD возникает из-за того, что сетевой интерфейс, начиная передачу, не слышит того, что другой сетевой интерфейс также начал свою передачу (подробнее см. предыдущую статью цикла). Такая ситуация возникает из-за задержки распространения сигнала в сетевом кабеле и активном оборудовании (концентраторе). Вероятность возникновения коллизии прямо пропорциональна отношению времени MRT (Maximum Round-Trip) сети к длительности передачи одного бита, и для случая одинаковых MRT в сети FastEthernet в 10 раз выше, чем в классической Ethernet.

Практическим выводом из этого является то, что работающие в режиме Half-Duplex сегменты сети FastEthernet большой протяженности (с лучами более 50м) с ростом нагрузки и числа точек доступа становятся практически неработоспособными из-за катастрофического нарастания процента коллизий. Фактически, использование концентраторов FastEthernet на 24-32 порта (разумеется, при их активной нагрузке) становится утопией уже при длине лучей около 40 метров, а при лучах длинной в 90-100 метров даже 8-портовые концентраторы могут оказаться неудовлетворительным решением, в то время как классическая 10-Mbit сеть Ethernet при таких размерах и числе портов концентратора не испытывает никаких проблем с чрезмерным числом коллизий (разумеется, при исправном оборудовании и линиях).

Концентратор или коммутатор?

Использование концентраторов (и, соответственно, правил CSMA/CD) в сетях FastEthernet требует соблюдения еще целого ряда важных ограничений, зафиксированных в стандарте 802.12u:
1. Концентраторы класса 2 (задержка сигнала не более 460 ns) могут каскадироваться только парой (то есть соединять вместе три концентратора уже нельзя), при этом длина кабеля, соединяющего концентраторы, должна быть не более 5 метров.
2. Концентраторы класса 1 (задержка сигнала не более 1400 ns) вообще не могут каскадироваться.
3. Длинна кабеля от точки доступа до концентратора не должна превышать 100 метров (если используется только один концентратор класса 2, длину можно увеличить до 105 метров). Этот размер определяется в основном не физическими параметрами кабеля и приемопередатчиков FastEthernet, а лишь допустимым значением времени MRT сети, которое должно быть гарантированно меньше длительности самого короткого пакета (5120 ns) для обеспечения удовлетворительной работы алгоритма CSMA/CD.
Эти ограничения существенно затрудняют развертывание крупных сетей FastEthernet и ограничивают физический диаметр сети. В результате перевести многие крупные сети с Ethernet на FastEthernet с сохранением существующей топологии при использовании концентраторов не удается.

Для любознательных могу добавить следующее:
• Нормируемое для витой пары категории 5 время задержки сигнала составляет 5.7 ns на метр, а фактически современные 4-парные кабели имеют немного меньшую задержку (около 4.7-5 ns на метр), примерно такую же задержку имеют и оптические линии;
• Физический уровень узла (сетевой интерфейс) может иметь задержку не более 250 ns;
• Концентратор класса 1 может иметь задержку между любыми двумя портами до 1400 ns (по сигналу Пробка) и до 700 ns по обычным данным;
• Концентратор класса 2 может иметь задержку между любыми двумя портами до 460 ns (по сигналу Пробкаt; и по обычным данным). Итого получается задержка прохождения сигнала от сетевой карты до точки коллизии и обратно, для сети нулевой длинны с двумя концентраторами класса 2: 2*250+2*(460+460)=2340 ns. Итого от минимального пакета (5120 ns) остается 2780 ns - то есть теоретический пробег сигнала в кабеле в момент полной утраты сетью возможности определять коллизии и занятость несущей может составить 478 метров.

Если бы речь шла только о коллизиях, мы могли бы, теоретически, работать с лучами длинной менее (478-2*5)/2=234 метра. Однако эту длину придется поделить пополам, так как нам необходимо осуществлять еще и контроль несущей (то есть слышать начало передачи другой сетевой карты). Итого получаем теоретический предел устойчивости сети FastEthernet в случае двух лучей равной длинны в 117 метров. Минус технологический запас на задержки в разъемах - вот и остаются те самые круглые 100 метров, которые записаны в правилах стандарта IEEE 802.12u и на которые рассчитаны приемопередатчики большинства серийных сетевых карт и хабов.

В отличие от концентраторов-повторителей, коммутаторы пакетов позволяют обойти указанные выше ограничения. Поскольку в режиме FullDuplex правила CSMA/CD не работают и коллизии технически невозможны, время MRT не играет никакой роли, и предельный радиус сети ограничен только возможностями приемопередатчиков интерфейса. По этой же причине снимаются ограничения на число портов сети - даже при ее предельном радиусе конфигурации в 48 и более портов на один коммутатор остаются работоспособными.

Все вышеизложенное и предопределило быстрый закат концентраторов-повторителей FastEthernet и повсеместный переход к технологии коммутации пакетов, особенно в сетях FastEthernet с числом точек доступа более 16 или протяженностью лучей более 50 метров.

Для иллюстрации преимущества коммутаторов перед концентраторами поставим элементарный опыт: построим простейшую сеть FastEthernet из 3-х компьютеров и концентратора (см. рис.1), измерим ее производительность при помощи программы NetCPS в различных сценариях распределения трафика, а потом заменим концентратор на коммутатор и повторим измерения.

Сценарий 1: Машина Б передает 500Mb данных на машину A. Этот тест позволяет получить значение "чистой производительности" сетевых интерфейсов.

Сценарий 2: Машина А и машина Б передают друг другу одновременно по 500Mb данных . Это позволяет оценить влияние Full-Duplex режима на производительность сетевых интерфейсов.

Сценарий 3: Аналогичен сценарию 2, но дополнительно машина В загружает данные по 1Gb с машин A и Б . Этот тест показывает производительность сети в случае распределенного обмена трафиком.

Обратите внимание, что сценарии предполагают соответственно 1, 2 и 4 потока данных по 100Mbit - это весьма тепличные условия, фактический трафик даже в небольших сетях гораздо выше. Чтобы дополнительно облегчить работу концентратору, использовались очень короткие кабели (всего по 5 метров), но и это не помогло :

Таблица 1. Результаты испытаний технологии коммутации пакетов, средняя производительность на один сетевой интерфейс (в скобках - среднее время передачи 500Mb данных).

В общем, из результатов хорошо видно, что коммутатор (даже такой дешевенький, как использованный в тесте настольный пятипортовый D-Link DSS5+) позволяет значительно повысить производительность сети FastEthernet. В сценарии 2 режим FullDuplex демонстрирует фактический двукратный прирост полосы пропускания при двунаправленном трафике (такой трафик часто встречается на файловых серверах и в соединениях между коммутаторами), а сценарий 3 показывает большую устойчивость коммутаторов к распределенному трафику. И не забывайте - это очень легкие сценарии и "тепличная" сеть, с ростом нагрузок, числа портов и длинны лучей коммутаторы будут все сильнее вырываться вперед, а концентраторы-повторители (хабы) терять производительность.

Оптика или медь?

Сети FastEthernet позволяют использовать не только медные витые пары (стандарт 100Base-TX), но и оптоволоконные линии связи (стандарт 100Base-FX). Причем оба этих стандарта абсолютно идентичны с точки зрения формата пакетов и кодирования сигнала в линии, и отличаются только физическими модулями приемопередатчиков (кстати, для стандарта 100Base-FX их также позаимствовали из технологии FDDI). Одинаковость форматов позволяет, среди всего прочего, существовать таким экзотическим устройствам, как Media Convertors 100BaseTX-FX (преобразователи стандартов линии), в частности, популярному конвертору Hardlink HT-100ST (и его "близнецу" HT-100SC, отличающемуся другими разъемами).

Стандарт 100Base-FX предполагает использование двух оптических волокон для реализации одной линии связи (точно так же, как 100Base-TX использует для этого две витых пары). Оптические волокна разделываются в разъемы типа SC (спаренный разъем с квадратными пластмассовыми штекерами), ST (одинарные круглые разъемы, обычно металлические) или MIC (двойной прямоугольный пластмассовый разъем) с помощью специальных приспособлений и расходных материалов, и их качественная разделка задача не из самых простых - она требует специальных навыков и опыта, обычно отсутствующих у рядового системного администратора.

Преимущество стандарта 100Base-FX - это его дальнобойность. Физически приемопередатчики этого стандарта в состоянии передавать сигнал на 2 км (а при использовании специальных приемопередатчиков, выпускаемых, например, фирмой Allied Telesyn, и до 17 км) - и в случае использования коммутаторов и режима FullDuplex единые сети такого диаметра действительно вполне работоспособны. Кроме того, оптические волокна помехоустойчивы и сами не распространяют каких-либо электромагнитных излучений, исключая бесконтактный перехват трафика - что может быть важным для режимных предприятий.

Однако по скорости работы 100Base-FX не имеет никаких преимуществ перед 100Base-TX, поэтому, вследствие высокой стоимости кабеля и трудоемкости его разделки, он применяется почти исключительно для реализации магистральных соединений коммутаторов при расстоянии между ними более 100 метров.

Fast Ethernet по кабелю категории 3

Да, не удивляйтесь - такое технически возможно. Для этого придуман специальный стандарт 100Base-T4, позволяющий передавать поток 100Mbit по кабелю категории 3 за счет использования одновременно четырех пар.

Однако этот стандарт, строго говоря, не является полнодуплексным - поскольку в то время, когда в одну сторону данные передаются на скорости 100Mbit по трем парам кабеля, для передачи в обратную сторону остается только одна пара. Кроме того, в стандарт 100Base-T4 заложены другие временные характеристики сигналов, нежели чем в 100Base-TX и 100Base-FX, из-за чего возникают большие сложности с построением медиа-конверторов под этот стандарт.

В результате всего этого стандарт 100Base-T4 в настоящее время практически умер и используется крайне эпизодически, в основном в тех редких случаях, когда необходимо пропустить 100Mbit трафик по существующей проводке на базе витой пары категории 3 (например, когда стоимость перекладки проводки слишком велика).

Реализация небольшой сети

Как следует из вышеизложенного, для небольшой сети компактного офиса (лучи не длиннее 100 метров) идеально подходит FastEthernet на витой паре категории 5 - такая сеть очень быстра, дешева и проста в прокладке. Технически ее возможно реализовать с использованием концентраторов-повторителей - однако зачем, если практически по такой же цене можно купить коммутаторы уровня рабочих групп (например, ту же серию Hardlink HSxxD - ) и воспользоваться всеми преимуществами технологии коммутации пакетов?

Как я уже писал, коммутаторы уровня рабочих групп допускают каскадирование только по одному порту (Uplink) - и это позволяет нам в случае использования двух недорогих коммутаторов HS16D получить сеть на 30 портов :
.

Дополнительным плюсом решения с двумя коммутаторами является то, что их можно территориально разнести на расстояние до 100 метров, увеличив таким образом максимальный радиус сети до 300 метров. Если же нужно еще большее расстояние (например, фирма арендует два помещения в разных зданиях) - можно воспользоваться медиа-конверторами HT100ST и оптико-волоконным кабелем, что позволит довести расстояние между коммутаторами до 2 километров без падения скорости. Причем, обратите внимание, получившаяся оптическая линия с медиа-конверторами может быть использована и в дальнейшем, при замене коммутаторов на более емкие - Вам не придется искать коммутаторы с оптическими модулями и переплачивать за их наличие.

Отдельно следует обдумать вопросы сетевой печати. Идею совместно использовать принтер, подключенный к чьему-либо компьютеру, вряд ли можно считать удачной - ведь ей присущ целый ряд недостатков:
1. При выключении этого компьютера все остаются без принтера;
2. При перезагрузке этого компьютера пропадают задания, стоящие в очереди на печать, а сама печать сбивается. Крайне неприятно, когда подобное случается в середине печати отчета или презентации на пару сотен листов;
3. Печать (особенно в высоком разрешении на современных принтерах) тормозит работу компьютера, к которому принтер подключен (особенно если этот компьютер не обладает избыточной мощностью), что раздражает его владельца;
4. Шнуры LPT и USB, соединяющие принтер с компьютером, довольно короткие - что вынуждает ставить принтер рядом с компьютером, а значит, и рядом с работающим человеком. Принтер производит неприятный шум (а лазерный принтер еще и загрязняет воздух канцерогенной пылью от тонера), да и постоянно приходящие за распечаткой коллеги отвлекают человека от работы, его продуктивность падает.
Тут нам может помочь устройство, называемое принт-сервер. Оно позволяет подключать принтер непосредственно к локальной сети, без компьютера, и печатать на него любому пользователю сети. Принт-серверы сейчас уже сравнительно недороги, а если Вы хотите разместить два-три принтера вместе (например, лазерный монохромный формата А4 и цветной струйный формата А3), то можете дополнительно удешевить это решение, используя принт-сервер с 2 или 3 портами.

Я являюсь сторонником применения так называемыхвнешних t; принт-серверов (выглядящих как небольшие коробочки с собственным блоком питания, включаемые между принтером и локальной сетью), хотя "встроенные" принт-серверы (то есть устанавливаемые внутри специальных сетевых принтеров) кажутся некоторым более удобными. Дело в том, что внешние принт-серверы имеют целый ряд уникальных достоинств:
1. Они не зависят от принтера. Вы можете сменить принтер, поставив более современную модель, а старую передав для ;персонального; использования секретарше или в бухгалтерию - и Вам не придется переплачивать за "сетевую" модификацию принтера;
2. Принт-серверы сторонних фирм (например, D-Link или C-Net) заметно дешевле, чем аналогичные встроенные продукты производителей принтеров (особенно HP), а работают, честно говоря, как минимум не хуже. А если говорить о двух- и трехпортовых принт-серверах - то тут цена за сетевое подключение оказывается еще ниже;
3. В случае выхода из строя купить внешний принт-сервер (производства любой приличной фирмы из числа имеющихся в данный момент в продаже) гораздо легче, чем искать "встроенный" для сетевого принтера (возможно, уже давно снятый с производства). А если важно иметь возможность быстро восстановить работу - можно держать под рукой запасной внешний принт-сервер (один на все принтеры), либо одолжить его на время в дружественной фирме, либо взять с менее нужного принтера;
4. При выходе из строя принтера Вы можете быстро подключить к внешнему принт-серверу другой принтер и возобновить печать. В случае встроенного принт-сервера он уедет в ремонт вместе с принтером - и Вам придется что-то изобретать из подручных материалов, перенастраивать печать и так далее.
Мне кажется, что подобная дополнительная гибкость стоит того, чтобы возиться с лишним шнуром и блоком питания. Схема на рис.3 не лишена и недостатков. Главный из них - потенциальное ограничение пропускной способности сети из-за ограниченной полосы пропускания соединения двух коммутаторов (по 100Mbit в каждую сторону). Поэтому системному администратору следует оценить реальные объемы трафика каждой рабочей станции (хотя бы с помощью примитивного MS Network Monitor) и постараться сосредоточить трафик внутри отдельных коммутаторов. Если же это не получается (например, по территориальным причинам или из-за резкой асимметричности трафика) - можно использовать более дорогие коммутаторы с более быстрым Uplink-портом в стандарте GigabitEthernet (например, сравнительно недорогой Hardlink HS-224G c 24 портами FastEthernet и 2 портами GigabitEthernet или его облегченную версию HS-216G c уменьшенным до 16 числом портов FastEthernet).

Потенциал модернизации

Представленная на рис.3 схема сети очень проста, но содержит в себе богатый потенциал для постепенной модернизации. Например, если Вам стало не хватать 30 портов, реализованных на коммутаторах HS-16D - можно легко расширить эту сеть, поставив на место коммутатора А новый каскадируемый коммутатор (например, Hardlink HS-24R или D-Link DSS-24+), а высвободившийся коммутатор HS-16D подключить к нему аналогично тому, как подключен коммутатор Б. Получившаяся сеть будет насчитывать уже 52 порта и при этом будет иметь потенциал дальнейшей расширяемости путем подсоединения до 24 дешевых коммутаторов класса HS-16D (то есть до 360 портов!).

Конечно, идея строить сеть такого масштаба (порядка 360 портов) исключительно на технологии 100Mbit отдает сумасшествием - прежде всего потому, что вряд ли можно представить себе такую сеть с равномерным симметричным трафиком. В реальности обычно наблюдается картина, когда множество рабочих станций получают данные с нескольких серверов, и трафик с этих серверов является определяющим для производительности сети в целом. Поэтому при нехватке производительности первое, чем нужно озаботиться - это перевести в данной схеме (см. рис.3) соединения серверов (на схеме представлены одним файл-сервером) на технологию GigabitEthernet, для чего заменить коммутатор А на коммутатор с несколькими гигабитными портами. В результате схема плавно трансформируется в вариант:
Обратите внимание на то, что серверы и по меньшей мере некоторые из высоконагруженных коммутаторов (например, коммутатор Б) должны быть связаны с центральным коммутатором А линиями GigabitEthernet, что позволяет решить проблему перегрузки линий связи 100Mbit FastEthernet совместным трафиком рабочих станций. Слабо нагруженные рабочие станции могут быть по-прежнему подключены к дешевым коммутаторам со 100Mbit Uplink-соединением, в то время как высоконагруженные особо важные рабочие станции могут быть напрямую подключены к 100Mbit-портам центрального коммутатора А (это дает им преимущество в трафике при пиковой нагрузке сети по сравнению со станциями, подключенными к коммутаторам Б и В).

Разумеется, выдержать без падения производительности трафик, вызываемый несколькими портами GigabitEthernet плюс как минимум парой десятков 100Mbit портов, сможет далеко не каждый коммутатор. Широко известный Avaya Cajun 440 такой трафик выдержит - однако при взгляде на его цену большинство финансовых директоров схватятся за валидол, поэтому придется выбирать что-то попроще. И вот тут уже наступает время профессионалов и серьезного перепроектирования топологии сети (а возможно - и концепций информационной системы предприятия) на основе изучения информационных потоков между подразделениями.

Заключение

Как известно, при построении мало-мальски крупных корпоративных сетей необходимо обязательно учитывать специфику и задачи предприятия заказчика, правильно расставлять акценты по разграничению сегментов сети, распределению трафика и обязательно принимать меры для обеспечения информационной безопасности. Решение всех этих задач в комплексе - задача весьма нетривиальная, и выполнить ее на высоком уровне (означающем разумный баланс между техническими характеристиками и стоимостью) могут только настоящие профессионалы, знакомые не только с широким спектром оборудования и решений ведущих фирм-производителей сетевого оборудования, но и с методологией проектирования ЛВС и развертывания КИС масштаба предприятия.

Это означает, что практически любой проект корпоративной сети не может быть типовым - он нуждается в дополнительном обследовании, постановке и решении задач с учетом специфики предприятия заказчика. Однако это вовсе не значит, что внутри этого проекта не могут содержаться некоторые типовые решения, что его необходимо каждый раз делать "с нуля" - наоборот, в большинстве случаев удается скомпоновать до 90% проекта из типовых "кубиков", ранее опробованных и отлаженных. Такой подход минимизирует возможные проблемы, возникающие на этапе отладки и эксплуатации любой сложной сети.

В следующей статье этого цикла мы поговорим о сетях, гораздо менее вычурных топологически, но имеющих для многих пользователей едва ли не большее значение - о компактных сетях домашних офисов и о проблемах совместного доступа к Internet. Итак, до скорой встречи!

Владимир Федоров 28.10.2002

Оптические дороги Ethernet
Леонид Бараш
Напишите свой комментарий

В этом номере мы заканчиваем обзор технологий Optical Ethernet, которым пророчат, как говорят, блестящее будущее. Основанием для этого служат как возможности, открываемые гигабитовыми технологиями, так и широкая их поддержка производителями и потенциальными пользователями.
Окончание. Начало в # 18--19, 2001
Краткий курс истории Optical Ethernet

Итак, на очереди Gigabit Ethernet (GE). При создании спецификации 1000Base-X разработчики, как и в случае с Optical Fast Ethernet, пошли по проторенному пути -- использовали комбинацию уже зарекомендовавших себя стандартов IEEE 802.3 и ANSI X3T11 Fibre Channel.

Стандарт 1000Base-X в своей оптоволоконной части описывает два варианта: 1000Base-LX и 1000Base-SX.

1000Base-LX (long wavelength) предусматривает использование как многомодового, так и одномодового оптоволокна и излучения с длиной волны в диапазоне 1270--1355 нм. Длинноволновой лазер дороже, чем коротковолновой, зато допускает более длинные дистанции. Для полудуплексного режима передачи длина сегмента составляет 316 м, тогда как для дуплексного -- 550 м для многомодового оптоволокна и 5 км для одномодового.

1000Base-SX (short wavelength) предполагает передачу только по многомодовому оптоволокну и длину волны в диапазоне 770--860 нм. Длина сегмента в полудуплексном режиме передачи составляет 275 м для волокна 62,5/125 и 316 м для волокна 50/125. В дуплексном режиме соответствующие величины имеют значения 275 и 550 м.

Нужно сказать, что, хотя стандарт предусматривает полудуплексный режим передачи, большинство коммерческих реализаций предназначены для соединений типа точка--точка и дуплексного режима.

Как и в случае Fast Ethernet, многие компании поставляют на рынок оригинальные разработки с характеристиками, значительно превышающими предусмотренные стандартом IEEE 802.3z. Существуют устройства, которые используют длину волны 1550 нм и могут передавать сигналы на расстояния до 150 км без дополнительных репитеров или усилителей. Все это стало возможным благодаря тому, что, как и для Fast Ethernet, управляющая логика Gigabit Ethernet отделена от управления средой передачи. Правда, в отличие от Fast Ethernet для него не существует формального определения уровня MII. Его роль выполняет новый стандарт GigaBit Interface Converter (GBIC). Специфицированный вначале для Fibre Channel, GBIC был доработан для поддержки GE и стал стандартом de facto для GE-интерфейса.

Optical Ethernet сегодня

Optical Ethernet давно уже не служит лишь ;оптическим каналом;, с помощью которого соединяют изолированные локальные сети. Это, скорее, системы, обеспечивающие расширяемость и функциональность, недостижимые при реализации на витой паре.

Развитие оптоволоконных технологий позволило использовать Ethernet в сетях разных масштабов. В локальных они применяются в электрически зашумленной среде или в случае необходимости обеспечить высокую степень безопасности. В сетях масштаба кампуса (CAN) магистральные каналы длиной более 200 м также реализуются с помощью оптоволокна. Но инфраструктура таких сетей резко меняется. Если раньше она базировалась на маршутизаторах, то сейчас эти устройства повсеместно заменяются на Ethernet-коммутаторы, предоставляющие выделенный порт для каждого узла сети. Такие коммутаторы, как правило, оборудуются высокоскоростным портом Fast/Gigabit Ethernet для подключения к маршрутизатору, который, в свою очередь, обеспечивает выход в глобальную сеть. Но на этом процесс реструктуризации кампусных сетей не оканчивается. Появление маршрутизирующих коммутаторов с поддержкой технологии виртуальных сетей (VLAN) и низкая стоимость модулей GBIC по сравнению с маршрутизаторами приводят к вытеснению последних из сетей масштаба кампуса.

Технология GE позволила Optical Ethernet начать борьбу за место под солнцем в городских сетях (MAN). Она предоставила операторам возможность предлагать прямые службы Ethernet подписчикам, соединяя их всего лишь несколькими маршрутизаторами с внешним миром. Однако Ethernet-сервисы не являются основным стимулом для распространения технологии в сетях MAN. Скорее, им служит желание уменьшить количество маршрутизаторов в сетях, используя везде, где это возможно, коммутацию на уровне 2. Смысл здесь в том, что каждый маршрутизатор на пути следования пакетов тратит немало времени на выбор маршрута, увеличивая тем самым задержку их продвижения. В идеальном случае маршрутизаторы должны служить лишь буфером между управляемыми доменами, обеспечивая точку управления доступом, адресами, а также безопасность (посредством брандмауэров). Но внутри управляемого домена они лишь вносят дополнительную сложность и требуют соответствующего персонала для обслуживания.

Что касается глобальных сетей (WAN), то Ethernet-транспорт еще не получил распространения в системах дальней связи, однако положение может измениться с появлением 10 GE (но об этом дальше). Причем препятствием здесь не служат дистанционные ограничения GE, поскольку большинство систем дальней связи используют плотное мультиплексирование с разделением по длинам волн (DWDM), которое по своей природе обеспечивает передачу данных на большие расстояния. Однако такие свойства Ethernet-технологий, как высокая пропускная способность, низкая стоимость и простота, безусловно, обеспечат им надлежащее место в глобальных сетях.

Optical Ethernet завтра

Ближайшее будущее Ethernet связано с 10-гигабитовыми технологиями. Почему ближайшее? Да потому, что ходят вполне обоснованные слухи, что индустрия на этом не собирается остановиться. Несмотря на то что ратификация стандарта IEEE P802.3ae для 10 GE ожидается в марте 2002 г., некоторые производители уже демонстрируют прототипы устройств, обеспечивающих передачу данных со скоростью 10 Gbps. Так, к примеру, на прошедшей в Лас-Вегасе выставке NetWorld+Interop 2001 компании Nortel Networks и Foundry Networks продемонстрировали модули 10 Gbps Ethernet для своих коммутаторов высокого уровня.

Возвращаясь к стандарту 802.3ае, отметим, что рассматривается только его оптический вариант. Наибольшие трудности вызывает реализация физического уровня. Дебаты идут как об архитектуре (параллельная или последовательная), так и о скорости передачи. Каковы же предложения?

Одно из них предполагает использовать очень короткие каналы с параллельным потоком данных по оптоволоконному плоскому кабелю, состоящему из 12 многомодовых волокон. Этот вариант предназначается для связи компьютеров в пределах одной комнаты.

Второе -- базируется на WDM-устройствах: четыре приемника и четыре передатчика с лазерами, излучающими в диапазоне 1300 нм. Каждая пара передатчик--приемник обеспечивает скорость передачи сигнала 3,125 гигабод, что составляет 2,5 Gbps для потока данных.

Третий вариант стандарта основывается на последовательном интерфейсе с использованием схемы кодирования 64B/66B (64 бита преобразуются в 66) взамен схемы 8B/10B, применяемой в Gigabit Ethernet. Частота передачи бит 10,3 Gbps дает в результате скорость потока данных 10 Gbps. Это предложение агрессивно поддерживается поклонниками "чистого" Ethernet, которых привлекает простота оперирования в пространстве скоростей, кратных 10.

Сторонники четвертого предложения, а ими выступают операторы дальней связи, ратуют за совместимость будущего стандарта с сетями SONET OC-192, предусматривающими скорость передачи бит 9,953 Gbps. Его недостатками являются, в частности, то, что скорость передачи не кратна точно 10 относительно Fast Ethernet и что SONET отнюдь не дешевая транспортная сеть. Правда, эта технология используется всеми основными телефонными компаниями мира, и все устройства OC-192 совместимы с системами DWDM. К тому же скорость 9,953 Gbps так близка к 10 Gbps, что вряд ли найдутся приложения, которые "заметят" разницу. Однако, будучи "настоящей" технологией Ethernet, стандарт IEEE 802.3ae унаследует и все ее недостатки. Это значит, что 10 GE не будет иметь встроенного управления качеством сервиса (QoS). Но ничто не мешает сетевым администраторам использовать для приоритезации потоков существующие методы, такие, как Diff-Serv (Differentiated Services). С его помощью соответствующим портам коммутатора можно присвоить необходимый уровень приоритета.

Сферы приложений 10 GE

Вряд ли следует ожидать, что технология 10 GE с ее стоимостью и, вообще говоря, несколько избыточными возможностями найдет широкое применение в локальных и кампусных сетях. Здесь для достижения необходимой пропускной способности скорее всего будет использоваться группировка каналов. Тем не менее есть ряд ситуаций, когда переход на 10 GE окажется весьма кстати. Типичными кандидатами являются коммутируемые магистрали, которые уже сегодня используют 1 GE.

Практически все современные коммутаторы Fast Ethernet для рабочих групп имеют один или даже два порта Gigabit Ethernet для связи с магистральными устройствами. Кроме этого, потоки данных на границе сети могут легко не только исчерпать, но и перегрузить гигабитовую магистраль. Ведь достаточно часто в сетях устанавливаются коммутаторы с 48 портами 100 Mbps, что интегрально дает поток данных со скоростью, намного превышающей возможности канала 1 GE. Другим узким местом, где применение 10 GE может быть оправдано, являются каналы от/к серверным фермам. Ожидается также, что эта технология начнет использоваться в кластерных решениях либо в качестве канала между узлами, либо для подсоединения к сетям хранения данных SAN. Конечно, скорее всего в сетях этого масштаба даже один канал 10 GE не будет в первое время загружен полностью. Тем не менее уже сегодня существуют серверы, создающие трафик, соизмеримый со значением 1 Gbps. Очевидно, коммутаторы 1 GE уже будут плохо справляться с потоками от нескольких таких серверов. И здесь технология 10 GE окажется на своем месте .

Однако ожидается, что сферами, где 10-гигабитовые технологии Ethernet будут наиболее эффективны и внесут радикальные изменения, станут городские и глобальные сети. Внедрение грядущего стандарта явится не просто экстенсивным расширением существующих сетей, оно приведет к появлению новых приложений, которые раньше были просто невозможны из-за ограниченной полосы пропускания.

Считается, что в городских сетях SONET будет постепенно вытесняться 10 GE, поскольку стоимость интерфейса последнего гораздо ниже. Сегодня в типичных сетях масштаба города для соединения далеко расположенных офисов компании арендуют у сервис-провайдеров кольцо SONET . При этом для транспорта по кольцу SONET трафик Ethernet должен быть предварительно преобразован коммутаторами или маршрутизаторами. При использовании в качестве транспортной технологии 10 GE ситуация значительно упростится. Пакеты Ethernet будут передаваться из конца в конец в своем нативном виде .

Что касается глобальных сетей, то с распространением технологии DWDM дистанционные ограничения больше не являются серьезным препятствием для использования Ethernet в системах дальней связи. Internet-провайдеры и сетевые провайдеры смогут создавать высокоскоростные каналы низкой стоимости между магистральными коммутаторами и маршрутизаторами, прямо подсоединяясь к транспортным сетям SONET и DWDM .