Раздел 2. Коммутаторы d-Link

Типичная сеть состоит из узлов (компьютеров), соединенных средой передачи данных (кабельной или беспроводной) и специализированным сетевым оборудованием, таким как маршрутизаторы, концентраторы или коммутаторы. Все эти компоненты сети, работая вместе, позволяют пользователям пересылать данные с одного компьютера на другой, возможно даже в другую часть света.

Коммутаторы – фундаментальная часть большинства современных сетей. Используя микросегментацию, они дают возможность одновременно посылать по сети информацию множеству пользователей. Микросегментация позволяет создать частные или выделенные сегменты – по одной рабочей станции на сегмент (к порту коммутатора подключается не сегмент, а только рабочая станция). Каждая рабочая станция, при этом, получает доступ сразу ко всей полосе пропускания, и ей не приходится конкурировать с другими станциями. Если оборудование работает в дуплексном режиме, то исключаются коллизии.

Существует множество различных типов коммутаторов и сетей. Коммутаторы, которые обеспечивают выделенное соединение для каждого узла внутренней сети компании, называются коммутаторами локальных сетей (LAN Switches).

2.1 Преимущества использования коммутаторов LAN в сетях

Большинство первых локальных сетей использовало концентраторы для организации соединения между рабочими станциями сети. По мере роста сети, появлялись следующие проблемы:

• Маштабируемость сети (Scalability) – в сети, построенной на концентраторах, ограниченная совместно используемая полоса пропускания сильно затрудняет рост сети без потери производительности, а современные приложения требуют большую полосу пропускания, чем раньше.

• Задержка (Latency) – количество времени, которое требуется пакету, чтобы достичь пункта назначения. Т.к. каждый узел в сети, построенной на концентраторах должен ждать появления возможности передачи данных во избежании коллизий, то задержка может значительно увеличиться при наращивании узлов в сеть. Или, если кто-то передает по сети большой файл, все остальные узлы должны ждать окончания его передачи, чтобы получить возможность отправить свои данные.

• Сбой в сети (Network failure) – в обычной сети, одно устройство, подключенное к концентратору, может вызвать проблемы у остальных устройств, подключенных к нему из-за несоответствия скоростей работы (100 Мбит/с сетевой адаптер и 10 Мбит/с концентратор) или большого числа широковещательных сообщений (broadcast). Коммутаторы могут быть сконфигурированы для ограничения количества широковещательных пакетов.

• Коллизии (Collisions) – в полудуплексном Ethernet используется метод Carrier Sense Multiple Access /Collision Detection (CSMA/CD) для доступа к разделяемой среде передачи данных. При этом способе доступа, узел не сможет отправить свой пакет до тех пор, пока не убедиться, что среда передачи свободна. Если два узла обнаружили, что среда передачи свободна и начали передачу в одно и тоже время, возникает коллизия и пакет теряется. Часть сети Ethernet, все узлы которой распознают коллизию независимо от того, в какой части сети эта коллизия возникла, называется доменом коллизий (collision domain). Сеть Ethernet, построенная на концентраторах, всегда образует один домен коллизий.

Простая замена концентраторов на коммутаторы позволяет значительно повысить эффективность локальных сетей, при этом не требуется замена кабельной проводки или сетевых адаптеров. Коммутаторы делят сеть на отдельные логические сегменты, изолируя трафик одного сегмента от трафика другого сегменты, создавая при этом небольшие по размеру домены коллизий.

Разделение большой сети на несколько автономных сегментов при помощи коммутаторов имеет несколько преимуществ. Поскольку перенаправлению подвергается только часть трафика, коммутаторы уменьшают трафик, принимаемый устройствами во всех сегментах сети. Коммутаторы могут выполнять функции межсетевого экрана (брандмауэра), не пропускающего некоторые потенциально опасные сетевые ошибки и обеспечивать обмен данными между большим количеством устройств. Коммутаторы увеличивают фактический размер сети, позволяя подключать к ней удаленные станции, которые иначе подключить нельзя. Для сетей Fast Ethernet или Gigabit Ethernet коммутатор является эффективным способом преодоления ограничения более “двух повторителей” при построении сети на концентраторах. Коммутаторы могут соединять локальные сети с различной полосой пропускания. Например, с помощью коммутатора можно соединить 10-мегабитную и 100-мегабитную локальные сети Ethernet. Некоторые коммутаторы поддерживают коммутацию без буферизации пакетов (cut-through switching), что уменьшает задержки в сети.

Еще одно существенное преимущество коммутаторов над концентраторами следующее. Все узлы, подключенные к концентратору, делят между собой всю полосу пропускания. Коммутаторы предоставляют каждому узлу (если он подключен непосредственно к порту коммутатора) отдельную полосу пропускания, чем уменьшают вероятность коллизий в сетевых сегментах.

Например, если к 10 Мбит/с концентратору подключено 10 устройств, то каждый узел получит пропускную способность равную 1 Мбит/с (10/N Мбит/с, где N-количество рабочих станций), даже если не все устройства будут передавать данные. Если вместо концентратора поставить коммутатор, то каждый узел сможет функционировать на скорости 10 Мбит/с.

До появления коммутаторов, сети Ethernet были полудуплекными, т.е. только одно устройство могло передавать данные в любой момент времени. Коммутация позволила сети Ethernet работать в полнодуплексном режиме.

Полнодуплексный режим – это дополнительная возможность одновременной двухсторонней передачи по линии связи "точка – точка" на МАС - подуровне. Функционально дуплексная передача намного проще полудуплексной, т.к. она не вызывает в среде передачи коллизий, не требует составления расписания повторных передач и добавления битов расширения в конец коротких кадров. В результате не только увеличивается время, доступное для передачи данных, но и удваивается полезная полоса пропускания канала, поскольку каждый канал обеспечивает полноскоростную одновременную двустороннюю передачу.

2. Технологии коммутации

Коммутаторы обычно работают на канальном уровне модели OSI. Они анализируют входящие кадры, принимают решение об их дальнейшей передаче на основе МАС - адресов, и передают кадры пунктам назначения. Основное преимущество коммутаторов – прозрачность для протоколов верхнего уровня. Т.к. коммутатор функционирует на 2-м уровне, ему нет необходимости анализировать информацию верхних уровней модели OSI.

Коммутация 2-го уровня – аппаратная. Передача кадра в коммутаторе обрабатывается специализированным контроллером, называемым Application-Specific Integrated Circuits (ASIC). Эта технология, разработанная для коммутаторов, позволяет поддерживать гигабитные скорости с небольшой задержкой.

Существую 2 основные причины использования коммутаторов 2-го уровня – сегментация сети и объединение рабочих групп. Высокая производительность коммутаторов позволяет разработчикам сетей значительно уменьшить количество узлов в физическом сегменте. Деление крупной сети на логические сегменты повышает производительность сети (за счет разгрузки сегментов), а также гибкость построения сети, увеличивая степень защиты данных, и облегчает управление сетью.

Несмотря на преимущества коммутации 2-го уровня, она все же имеет некоторые ограничения. Наличие коммутаторов в сети не препятствует распространению широковещательных кадров (broadcast) по всем сегментам сети, сохраняя ее прозрачность.

Таким образом, очевидно, что сети необходима функциональность 3-го уровня OSI модели.

Коммутация 3-го уровня – это аппаратная маршрутизация, где передача пакетов обрабатывается контроллерами ASICs. В отличие от коммутаторов 2-го уровня, коммутаторы 3-го уровня принимают решения на основе информации сетевого уровня, а не на основе МАС - адресов. Основная цель коммутации 3-го уровня – получить скорость коммутации 2-го уровня и масштабируемость маршрутизации. Обработку пакетов коммутатор 3-го уровня выполняет таким же образом, как и у маршрутизатор:

• на основе информации 3-го уровня (сетевых адресов) определяет путь к месту назначения пакета

• проверяет целостность заголовка 3-го уровня, вычисляя контрольную сумму

• проверяет время жизни пакета

• обрабатывает и отвечает на любую дополнительную информацию

• обновляет статистику в Информационной базе управления (Management Information Base -MIB)

• обеспечивает управление безопасностью (если необходимо)

• обеспечивает необходимое качество сервиса (QoS) для мультимедийных приложений чувствительных к задержкам передачи

Основное отличие между маршрутизаторами и коммутаторами 3-го уровня заключается в том, что в основе коммутации 3-го уровня лежит аппаратная реализация. В маршрутизаторах общего назначения коммутация пакетов обычно выполняется программным образом. Т.к. коммутаторы 3-го уровня обычно быстрее и дешевле маршрутизаторов, то их использование в локальных сетях очень привлекательно.

В качестве примеров коммутаторов 3-го уровня можно привести D-Link DES-3326S и DES-3326SR, DES-3350SR.

Коммутация 4-го уровня основывается на аппаратной маршрутизации сетевого уровня, которая отвечает за управляющую информацию 4-го уровня. Информация в заголовках пакета обычно включает адресацию сетевого уровня, тип протокола 3-го уровня, время жизни (TTL) и контрольную сумму. В пакете также содержится информация о протоколах верхних уровней, такая как тип протокола и номер порта.

Простое определение коммутации 4-го уровня – это возможность принимать решение о передаче пакета, основываясь не только на МАС или IP адресах, но и на параметрах 4-го уровня, таких как номер порта.

Маршрутизаторы умеют управлять трафиком, основываясь на информации транспортного уровня. Одним из методов является создание расширенных списков доступа (extended access lists).

Когда коммутаторы выполняют функции 4-го уровня, они читают поля TCP и UDP внутри заголовка и определяют, какой тип информации передается в этом пакете. Администратор сети может запрограммировать коммутатор обрабатывать трафик в соответствии с приоритетом приложений. Эта функция позволяет определить качество сервиса для конечных пользователей. Когда задано качество сервиса, коммутация 4-го уровня будет выделять, например, трафику видеоконференции, большую полосу пропускания по сравнению, например, с почтовым сообщением или пакетом FTP.

Коммутация 4-го уровня необходима, если выбранная политика предполагает разделение управления трафиком по приложениям или требуется учет количества трафика, вырабатываемого каждым приложением. Однако следует заметить, что коммутаторам, выполняющим коммутацию 4-го уровня, требуется возможность определять и хранить большое число таблиц коммутации, особенно если коммутатор используется внутри ядра корпоративной сети.

2.3 Продукты компании D-Link

Коммутаторы уровня доступа

Уровень доступа является ближайшим к пользователю уровнем и предоставляет ему доступ к ресурсам сети. Размещенные на этом уровне коммутаторы должны поддерживать подключение отдельных компьютеров к объединенной сети.

Коммутаторы уровня доступа D-Link представлены следующими моделями:

DES-1010G/1026G – неуправляемые коммутаторы, которые обеспечивают каналы связи скоростью 10/100Мбит/с и возможность подключения до 26 пользователей для сетей малых и средних офисов.

DGS-1005D/08D/16T/24T – неуправляемые коммутаторы, которые обеспечивают гигабитные каналы связи для высокоскоростного подключения серверов и рабочих станций.

DES-12xxR и DGS-12xxT – настраиваемые коммутаторы, которые обеспечивают коммутируемые каналы 10/100 Мбит/с и 10/100/1000Мбит/с и поддерживающие до 24 пользователей и 2 порта Gigabit Ethernet для серверов.

DES-3226/3226L/3226S/DHS-3226 – управляемые коммутаторы, предоставляющие возможность подключения до 144 пользователей с помощью 10/100 Мбит/с каналов связи и 6 серверов через порты Gigabit Ethernet.

Коммутаторы уровня распределения

Коммутаторы уровня распределения служат местом концентрации для нескольких коммутаторов уровня доступа и должны справляться с большими объемами передаваемых данных.

Такие возможности имеют следующие коммутаторы D-Link:

DES-3226S/3326S, DES-3250TG, DES-3350SR, DGS-3224SR, DGS-3324SRi – многофункциональные, управляемые коммутаторы поддерживают до 192 портов 10/100Мбит/с, до 288 портов 10/100/1000Мбит/с и до 12 портов Gigabit Ethernet.

DES-6000/6300 – коммутаторы этой серии поддерживают до 128 портов 10/100 Мбит/с, до 96 оптических портов 100Base-FX, до 16 портов Gigabit Ethernet. Коммутаторы этой серии являются эффективным решение для уровня распределения. Они поддерживают большое количество интерфейсов для разных сред передачи и разных скоростей, имеют возможности резервирования и обладают функциональностью, необходимой этому уровню (фильтрация, маршрутизация, управление доступом).

Коммутаторы уровня ядра

Уровень ядра имеет высокую производительность. К коммутаторам это уровня можно отнести следующие модели:

DES-6000/6300 – модульные высокопроизводительные коммутаторы, предназначенные для работы в сетях операторов связи.

DES-7000 –EoVDSL коммутатор предназначенный для сетей крупных операторов связи, предоставляющий высокопроизводительную коммутацию и высокий уровень доступности.

2.4 Понятие неуправляемых, управляемых и настраиваемых коммутаторов

Коммутаторы можно классифицировать по управлению.

Управляемы коммутаторы – поддерживают широкий набор функций управления и настройки, включающие Web-интерфейс управления, интерфейс командной строки (CLI), Telnet, SNMP (Simple Network Management Protocol), TFTP (Trivial File Transfer Protocol ) и др. В качестве примера можно привести коммутаторы D-Link DES-3226, DES-3226S, DES-3250TG, DES-6300, DGS-3212SR, DGS-3224SR и др.

Неуправляемы коммутаторы – функции управления и настройки не поддерживают. Примером могут служить коммутаторы D-Link серии DxS-10xx.

Настраиваемые коммутаторы занимают промежуточную позицию между ними. Эти коммутаторы позволяют выполнять настройку определенных параметров, но не поддерживают управление по SNMP. Примером таких коммутаторов являются DES-1218R/26R.

Большинство современных управляемых коммутаторов обеспечивают возможность конфигурации на основе Web, что позволяет использовать в качестве станции управления любой компьютер, оснащенный Web-браузером, независимо от операционной системы.

Также стоит отметить возможность обновления программного обеспечения коммутатора. Это обеспечивает более долгий срок службы устройств, т.к. позволяет добавлять новые функции либо устранять имеющиеся ошибки по мере выхода новых версий ПО, что существенно облегчает и удешевляет использование устройств, т.к. как правило, новые версии поставщики распространяют бесплатно. Сюда же можно включить возможность сохранения настроек коммутатора на случай сбоев с последующим восстановлением или тиражированием, что избавляет администратора от выполнения рутинной работы.