В тестовой лаборатории «КомпьютерПресс» проведено тестирование 10 неуправляемых гигабитных коммутаторов: Allied Telesyn AT-GS908GB, ASUS GigaX 1108, D-Link DGS-1008D, D-Link DGS-1008TL, Gigabyte GN-GT8S, HP ProCurve 2708, Surecom EP-808DG-S, TRENDnet TEG-S80TXD, TRENDnet TEG-S80TXE и MultiCo 5-Port Gigabit Switch.

оявление на рынке большого количества высокоинтегрированных чипов, представляющих собой готовые 4-8-портовые гигабитные коммутаторы, иногда даже с интегрированным физическим уровнем, значительно упростило разработку и изготовление коммутаторов, что привело к быстрому снижению стоимости и к появлению гигабитных коммутаторов в инфраструктуре сетей даже небольших компаний.

Напомним, что технология Gigabit Ethernet это расширение стандарта IEEE 802.3 Ethernet, использующее такие же структуру пакетов, протоколы передачи, контроль потока и прочее, но при этом теоретически предоставляющее десятикратное увеличение производительности. Совместимость с 10Mbps и 100Mbps Ethernet позволяет легко перейти на данную технологию без инвестирования больших средств в программное обеспечение и в обучение персонала, при этом даже не понадобится изменять кабельную структуру, если у вас проложена витая пара категории 5.

В этом тестировании мы решили проверить возможности восьмипортовых неуправляемых гигабитных коммутаторов. Технические характеристики участников тестирования приведены в табл. 1.

Термин «неуправляемые» означает, что коммутаторы не поддерживают управление по таким протоколам сетевого управления, таким как SNMP. При этом неуправляемые коммутаторы могут быть настраиваемыми их называют Smart-коммутаторами. Подобные коммутаторы предполагают возможность некоторых настроек, например конфигурирования VLAN, объединения портов и т.п., осуществляемых через имеющийся на коммутаторе порт управления.

Методика тестирования

Ходе тестирования мы проверили производительность коммутаторов в шести режимах, соответствующих, на наш взгляд, основным режимам работы коммутатора в реальной сети:

Связь двух рабочих станций в дуплексном режиме.
Однонаправленная передача с сервера на все рабочие станции.
Однонаправленная передача со всех рабочих станций на сервер.
Одновременная работа всех рабочих станций с сервером в дуплексном режиме.
Работа сервера и всех рабочих станций в режиме «каждый с каждым».
Работа сервера с пятью рабочими группами.

В пятом и шестом режимах нагрузка на коммутатор постепенно увеличивалась за счет последовательного подключения рабочих станций или рабочих групп.

Для генерации сетевого трафика и измерения производительности использовался программный пакет NetIQ Chariot 5.0. Передача проводилась по протоколу TCP, наиболее распространенному в небольших сетях. Каждый тест выполнялся три раза, после чего рассчитывалась средняя производительность.

Для тестирования была собрана локальная сеть, клиентами которой являлись рабочие станции на базе процессора Intel Pentium 4 3,0 ГГц, оснащенные интегрированным на материнской плате гигабитным сетевым адаптером Marvel Yukon Gigabit Ethernet 10Base-T/100Base-TX /1000Base-T Adapter, а также двухпроцессорный сервер с двумя процессорами Intel Xeon 2,66 ГГц с интегрированным гигабитным сетевым адаптером Intel 82546EB Gigabit Ethernet.

При выполнении тестов в первых пяти режимах сервер и рабочие станции подключались непосредственно к тестируемому коммутатору, который работал как коммутатор высокопроизводительной рабочей группы.

При тестировании в шестом режиме использовалась локальная сеть, конфигурация которой изображена на рис. 1. Тестируемый коммутатор в этом случае работал как центральный коммутатор небольшого предприятия. Результаты тестирования приведены в табл. 2, причем там указана средняя производительность за время выполнения всего теста.

Таблица 2. Результаты измерения производительности коммутаторов, Мбит/с

Результаты тестирования

роведенное тестирование показывает, что применение гигабитных коммутаторов является хорошим способом повышения производительности сетей мелких и средних предприятий. При этом все представленные коммутаторы обладают некоторым базовым набором функций, значительно облегчающих их эксплуатацию.

Так, все порты поддерживают автоматическое определение полярности MDI/MDIX, то есть любой порт можно подключить к серверу, маршрутизатору или коммутатору посредством любого кабеля на основе витой пары категории 5. Это исключает необходимость выбора кабелей (прямой или кроссированный) и использования uplink-портов.

Автоопределение скоростей 10/100/1000 Мбит/с и режима соединения «дуплекс/полудуплекс» делает очень простой установку коммутатора в сеть необходимо лишь подключить сетевые кабели к коммутатору, чтобы сеть начала свою работу в считаные минуты.

Коммутация осуществляется по технологии Store and forward, что позволяет выполнять фильтрацию пакетов и удалять поврежденные. Управление потоком производится по IEEE 802.3x на основе кадров в дуплексном режиме и методом backpressure в полудуплексном режиме.

Несмотря на большое разнообразие элементной базы, применяемой в конструкции коммутаторов (базовые микросхемы производства ASIX, Broadcom, IC Plus и Marvell), в большинстве тестов разброс результатов получился незначительным, а общая производительность сети определялась производительностью сетевых адаптеров используемых компьютеров и сервера.

В первом тесте коммутатор был загружен слабо, поэтому полученный результат практически равнался значению максимальной производительности установленных в компьютерах сетевых адаптеров. Полученные данные оказались весьма неплохими для гигабитного адаптера, работающего на 32-битной PCI-шине.

Результаты последующих трех тестов определялись производительностью серверного адаптера в трех режимах работы. Небольшое увеличение общей производительности при работе с 5-портовым коммутатором в тестах, использующих передачу с сервера, объяснялось снижением нагрузки на серверный адаптер (он работал с четырьмя компьютерами вместо семи). Относительно невысокая производительность в этом тесте коммутатора Allied Telesyn AT-GS908GB являлась, вероятно, следствием плохой работы коммутатора с адаптером Intel 82546EB.

В тестах с большим количеством одновременно работающих соединений были заметны различия в работе коммутаторов. Наблюдалось существенное отставание коммутатора HP ProCurve 2708, особенно в тесте с рабочими группами. Отставал также TRENDnet TEG-S80TXE.

Стоит отметить поведение коммутатора Allied Telesyn AT-GS908GB в тесте с последовательным подключением рабочих групп, у которого происходил рост суммарной производительности сети с подключением каждой группы. У остальных коммутаторов в определенный момент с подключением новой группы суммарная производительность сети не изменялась или даже немного падала. При изменении последовательности подключения групп поведение коммутаторов не изменялось.

Следует сказать, что за время тестирования не наблюдалось никаких сбоев в работе коммутаторов и ошибок при передаче пакетов.

Результаты коммутатора MultiCo 5-Port Gigabit Switch мы приводим для сравнения. При этом нужно учитывать, что при его тестировании к коммутатору подключались сервер и четыре компьютера (вместо семи) или сервер и четыре рабочие группы (вместо пяти).

По результатам выполненных тестов можно сделать вывод, что даже в режиме экстремальной нагрузки сети, состоящей из оборудованных гигабитными адаптерами компьютеров и двухпроцессорного сервера, гигабитный коммутатор не станет узким местом, ограничивающим ее производительность.

Выбор редакции

езначительная разница в производительности коммутаторов даже при экстремальных нагрузках, которая становится еще меньше при нормальной нагрузке, позволяет при выборе оборудования обращать больше внимания на такие параметры, как цена, возможность настройки, удобство размещения, обеспечение теплового режима при длительной работе и пр.

Знак «Выбор редакции» мы решили присудить коммутаторам ASUS GigaX 1108 и Gigabyte GN-GT8S . Первый из них при относительно небольшой цене показал высокую производительность во всех режимах, а кроме того, в его конструкции применено оригинальное решение, облегчающее размещение; второй коммутатор при высокой производительности обладал хорошими возможностями по настройке.

Участники тестирования

Коммутатор AT-GS908GB, выполненный в металлическом корпусе, можно установить в стандартную 19-дюймовую стойку с помощью входящих в комплект кронштейнов.

Основной особенностью данного коммутатора, выделяющей его среди других участников тестирования, является наличие двух гнезд для установки GBIC-модулей, которые подключаются вместо седьмого и восьмого портов.

Коммутатор изготовлен на основе микросхем производства Broadcom: однопортовых приемопередатчиков BCM5421, 4-портового приемопередатчика BCM5404 и 8-портового коммутатора BCM5680. Возможности настройки, имеющиеся у BCM5680, не используются.

Коммутатор показал очень хорошие результаты при работе с высокой нагрузкой. Так, в тесте с подключением рабочих групп только этот коммутатор обеспечил рост суммарной производительности сети с подключением каждой группы (рис. 2).

Рис. 2. Результаты тестирования коммутатора Allied Telesyn AT-GS908GB при постепенном увеличении числа активных рабочих групп

Небольшое отставание от других коммутаторов отмечено только в режиме дуплексной работы всех компьютеров с сервером, которое объясняется, скорее всего, плохой работой коммутатора с адаптером Intel 82546EB. Недостатком этого коммутатора можно считать довольно высокую цену.

ASUS GigaX 1108

Коммутатор GigaX 1108 выполнен в миниатюрном пластмассовом корпусе темно-синего цвета, допускающем как настольное расположение, так и крепление к стене. Кроме того, в основание коммутатора вмонтированы два кусочка магнитной резины, которые позволяют легко закрепить коммутатор на любой стальной поверхности, например на боковой стенке корпуса сервера или ПК, и при этом не царапают поверхность.

На передней панели, плавно переходящей в верхнюю крышку, расположены индикатор подключения питания и индикаторы портов (по три на каждый порт), позволяющие определять сетевую активность, установленную скорость соединения и режим передачи (дуплекс или полудуплекс).

На задней панели находятся восемь разъемов RJ-45 (порты 10Base-T/100Base-TX/1000Base-T) и гнездо для подключения внешнего блока питания.

Коммутатор имеет пассивное охлаждение и поэтому работает бесшумно. Большое количество отверстий способствует циркуляции воздуха внутри устройства и обеспечивает хорошее охлаждение. Нормальный тепловой режим поддерживается также благодаря наличию интеллектуальной схемы управления энергопотреблением.

Коммутатор изготовлен на основе микросхем производства Marvell: 4-портовых приемопередатчиков 88E1145 и 8-портового коммутатора 88E6181. Имеющиеся у 88E6181 возможности настройки не используются.

Во всех тестовых режимах коммутатор показал высокую производительность и был отмечен знаком «Выбор редакции». Как и у большинства протестированных коммутаторов, в тесте с последовательным подключением рабочих групп наблюдалось снижение производительности при подключении четвертой группы и резкое увеличение производительности при подключении пятой группы (рис. 3).

Рис. 3. Результаты тестирования коммутатора ASUS GigaX 1108 при постепенном увеличении числа активных рабочих групп

Благодаря высокой производительности, низкой цене и удобству размещения, этот коммутатор может стать хорошим выбором для небольших рабочих групп.

Коммутатор DGS-1008D выполнен в пластмассовом корпусе традиционных для компании D-Link формы и расцветки. Конструкция корпуса допускает как настольное размещение коммутатора, так и его крепление к стене.

На передней панели за полупрозрачной вставкой расположены индикатор подключения питания и индикаторы портов (по два на каждый порт), позволяющие определять сетевую активность и установленную скорость соединения.

На задней панели находятся восемь разъемов RJ-45 (порты 10Base-T/100Base-TX/1000Base-T) и гнездо подключения внешнего блока питания.

Коммутатор имеет пассивное охлаждение и поэтому работает бесшумно, а большое количество отверстий способствует циркуляции воздуха внутри устройства и обеспечивает хорошее охлаждение.

Коммутатор изготовлен на основе микросхем производства Marvell: 4-портовых приемопередатчиков 88E1145 и 8-портового коммутатора 88E6181. Возможности настройки, имеющиеся у 88E6181, не используются.

При включении коммутатора активируется функция проверки кабелей (Cable Diagnostic function), которая определяет три основные неполадки в кабельном соединении: обрыв цепи на любом из контактов, короткое замыкание между проводниками и возрастание сопротивления терминатора (более 100 Ом). Функция работает только в случае, если к коммутатору подключено гигабитное устройство.

Коммутатор показал хорошую производительность во всех тестах. В тесте с рабочими группами, как и у большинства протестированных коммутаторов, наблюдалось падение производительности при подключении четвертой группы (рис. 4).

Рис. 4. Результаты тестирования коммутатора D-Link DGS-1008D при постепенном увеличении числа активных рабочих групп

Коммутатор DGS-1008TL выполнен в металлическом корпусе. Входящие в комплект поставки кронштейны позволяют установить его в стандартную 19-дюймовую стойку.

Коммутатор имеет встроенный блок питания без выключателя и включается сразу после подключения к сети электропитания. Для охлаждения используется установленный в корпусе вентилятор.

Коммутатор показал высокую производительность во всех тестах. В тесте с рабочими группами, тоже происходило падение производительности при подключении четвертой группы (рис. 5).

Gigabyte GN-GT8S

Коммутатор GN-GT8S относится к разряду Smart-коммутаторов, допускающих локальную настройку. Модель выполнена в миниатюрном стильном пластмассовом корпусе серебристого цвета. За полупрозрачной передней панелью находятся индикатор подключения питания и индикаторы портов (по три на каждый порт), позволяющие определять сетевую активность, установленную скорость соединения и режим передачи (дуплекс или полудуплекс).

На задней панели расположены восемь разъемов RJ-45 (порты 10Base-T/100Base-TX/1000Base-T), гнездо подключения внешнего блока питания и разъем управления D-SUB DB-9F.

Для настройки коммутатора можно использовать любую терминальную программу (например, Hyper Terminal), при этом к ПК коммутатор подключается стандартным кабелем последовательного интерфейса RS232 (в комплект поставки не входит).

Возможности по настройке коммутатора не столь обширны, как и у управляемых коммутаторов, однако вполне удовлетворяют запросам широкого круга пользователей.

Для увеличения пропускной способности канала связи можно создать транковую группу на основе объединения первого и второго портов, при этом имеется возможность выбрать один из трех методов выравнивания нагрузки.

Базовым элементом конструкции является 8-портовый коммутатор Tamarack TC9208M производства компании IC Plus. Микросхемы физического уровня закрыты радиаторами.

Коммутатор имеет пассивное охлаждение и поэтому работает бесшумно, однако количества отверстий для циркуляции воздуха, на наш взгляд, явно недостаточно при высокой нагрузке коммутатор заметно нагревается. Температура снижается в случае расположения коммутатора вертикально (вверх одной из боковых граней), однако средств для крепления в этом положении не предусмотрено.

Коммутатор показал хорошую производительность во всех тестах и был отмечен знаком «Выбор редакции». Максимальная производительность коммутатора наблюдалась при работе с рабочими группами (рис. 6), однако, как и у большинства других участников тестирования, при подключении четвертой рабочей группы происходил спад производительности.

Рис. 6. Результаты тестирования коммутатора Gigabyte GN-GT8S при постепенном увеличении числа активных рабочих групп

Коммутатор ProCurve 2708, выполненный в металлическом корпусе, можно установить в стандартную 19-дюймовую стойку или закрепить на стене с помощью входящих в комплект кронштейнов.

По составу имеющихся на передней панели элементов индикации и управления коммутатор значительно отличается от остальных участников тестирования. У левого края панели установлены крупные индикаторы наличия питания и отказа. Рядом расположена кнопка Reset, при помощи которой запускается внутренний тест коммутатора. Восемь разъемов RJ-45 (порты 10Base-T/100Base-TX/1000Base-T) находятся на значительном расстоянии друг от друга, что облегчает работу с кабелями. Состояние каждого порта отображается при помощи двух светодиодов, расположенных рядом с портами. Один светодиод, показывающий наличие соединения, выполнен в виде цифры, соответствующей номеру порта, что удобно при обслуживании. Другой светодиод отображает сетевую активность, установленную скорость соединения или режим передачи (дуплекс или полудуплекс). Режим индикации этого светодиода переключается специальной кнопкой сразу для всех портов.

На задней панели находится гнездо подключения стандартного кабеля сети электропитания.

Коммутатор имеет встроенный блок питания без выключателя и включается сразу после подсоединения к сети электропитания. Для охлаждения используются два вентилятора.

Коммутатор изготовлен на основе микросхем производства Broadcom: 4-портовых приемопередатчиков BCM5404 и 8-портового коммутатора BCM5682. Имеющиеся у BCM5682 Smart-функции не используются.

В тестах с небольшим числом одновременно работающих пар коммутатор показал хорошие результаты, однако с ростом нагрузки он начинал отставать от конкурентов. Отставание было особенно заметно в тесте с рабочими группами (рис. 7), начиная с подключения второй рабочей группы.

Рис. 7. Результаты тестирования коммутатора НР ProCurve 2708 при постепенном увеличении числа активных рабочих групп

Коммутатор EP-808DG-S относится к разряду Smart-коммутаторов, в которых предусмотрена возможность локальной настройки. Модель выполнена в металлическом корпусе и имеет встроенный блок питания. Входящие в комплект кронштейны позволяют установить коммутатор в стандартную 19-дюймовую стойку.

На передней панели расположены восемь разъемов RJ-45 (порты 10Base-T/100Base-TX/1000Base-T), индикатор подключения питания и индикаторы портов (по четыре на каждый порт), позволяющие определять сетевую активность, установленную скорость соединения и режим передачи (дуплекс или полудуплекс).

На задней панели находятся разъем управления D-SUB DB-9F, гнездо для подключения стандартного кабеля сети электропитания и выключатель питания.

Для обеспечения необходимого охлаждения в корпусе установлены два вентилятора.

Возможности по настройке коммутатора не столь обширны, как в случае управляемых коммутаторов, однако вполне соответствуетпотребностям большинства пользователей.

Для увеличения пропускной способности канала связи можно создать транковую группу на основе объединения первого и второго портов, при этом можно выбрать один из трех методов выравнивания нагрузки.

При необходимости для каждого порта можно жестко задать скорость и режим соединения, разрешить или запретить управление потоком и выбрать один из четырех уровней приоритета.

Для повышения надежности ответственных соединений предусмотрено зеркалирование портов.

Возможна организация VLAN-сетей на основе объединения портов.

Базовым элементом конструкции является 8-портовый коммутатор Tamarack TC9208M производства компании IC Plus. Микросхемы физического уровня закрыты радиаторами. Возможности настройки, имеющиеся у TC9208M, не используются.

Во всех тестах коммутатор показал хорошие результаты. В тесте с рабочими группами, как и у большинства протестированных коммутаторов, наблюдалось падение производительности при подключении четвертой группы (рис. 8).

Рис. 8. Результаты тестирования коммутатора Surecom EP-808DG-S при постепенном увеличении числа активных рабочих групп

Коммутатор TEG-S80TXD выполнен в металлическом корпусе. Входящие в комплект кронштейны позволяют установить его в стандартную 19-дюймовую стойку.

Данная модель имеет встроенный блок питания без выключателя и включается сразу после подсоединения к сети электропитания. Благодаря пассивному охлаждению коммутатор работает бесшумно.

На передней панели расположены восемь разъемов RJ-45 (порты 10Base-T/100Base-TX/1000Base-T), индикатор подключения питания и индикаторы портов (по три на каждый порт), позволяющие определять сетевую активность и установленную скорость соединения.

На задней панели находится гнездо для подключения стандартного кабеля сети электропитания.

Базовым элементом конструкции является 8-портовый коммутатор Tamarack TC9208M производства компании IC Plus. В качестве физического уровня используются 4-портовые приемопередатчики B5014A1KRB. Имеющиеся у TC9208M возможности настройки не используются.

Коммутатор показал хорошую производительность во всех тестах. В тесте с рабочими группами, так же наблюдалось падение производительности при подключении четвертой группы (рис. 9).

Рис. 9. Результаты тестирования коммутатора TRENDnet TEG-S80TXD при постепенном увеличении числа активных рабочих групп

TRENDnet TEG-S80TXE

Коммутатор TEG-S80TXE выполнен в миниатюрном металлическом корпусе для настольного размещения (крепление на стену не предусмотрено).

На задней панели находится гнездо для подключения внешнего блока питания.

Базовым элементом конструкции является 8-портовый коммутатор AX88658AB производства компании ASIX. В качестве физического уровня используются 4-портовые приемопередатчики B5014RA1KFB. Возможности настройки, имеющиеся у AX88658AB, не используются.

Коммутатор имеет пассивное охлаждение, поэтому работает бесшумно.

В тестах с небольшим числом одновременно работающих пар коммутатор показал хорошие результаты, однако с ростом нагрузки он уступил конкурентам. Отставание началось при подключении шестого компьютера в тесте с постепенным подключением рабочих станций и при подключении третьей рабочей группы (рис. 10).

Рис. 10. Результаты тестирования коммутатора TRENDnet TEG-S80TXE при постепенном увеличении числа активных рабочих групп

Коммутатор MultiCo 5-Port Gigabit Switch выполнен в металлическом корпусе, предназначенном для настольного или настенного размещения. На корпусе имеются отверстия для установки кронштейнов (в комплект не входят) для монтажа в 10- или 19-дюймовую стойку.

Коммутатор имеет встроенный блок питания без выключателя и включается сразу после подсоединения к сети электропитания. Благодаря пассивному охлаждению коммутатор работает бесшумно.

На передней панели расположены пять разъемов RJ-45 (порты 10Base-T/100Base-TX/1000Base-T), индикатор подключения питания и индикаторы портов (по два на каждый порт), позволяющие определять сетевую активность и установленную скорость соединения.

На задней панели находится гнездо для подключения стандартного кабеля сети электропитания.

Базовым элементом конструкции является 5-портовый коммутатор BCM5385 производства компании Broadcom. Для четырех портов все элементы физического уровня встроены в BCM5385, а для пятого используется дополнительный одноканальный приемопередатчик B5011A1KQM. Имеющиеся у BCM5385 возможности настройки не используются.

Коммутатор MultiCo 5-Port Gigabit Switch мы протестировали вне конкурса и полученные результаты приводим для сравнения. Интересно, что в ходе теста с последовательным подключением рабочих групп при некоторой нагрузке также наблюдалось падение производительности (рис. 11).

Рис. 11. Результаты тестирования коммутатора MultiCo 5-Port Gigabit Switch при постепенном увеличении числа активных рабочих групп

Среди всего разнообразия деталей автомобиля существует много элементов, от исправности которых зависит нормальная работа силового агрегата. Одной из них является небезызвестный коммутатор, являющийся составляющей частью электрооборудования. Основное его предназначение заключается в обеспечении нормального функционирования , поэтому в случае поломки элемента проблем с запуском двигателя не избежать. В большинстве ситуаций этот узел отличается надежностью и износостойкостью, но иногда и с ним случаются неприятности.

1. Признаки неисправности коммутатора

Проблемы в работе коммутатора являются одной из наиболее распространенных причин рабочих сбоев силового агрегата (конечно, при условии, что с топливной системой все в порядке). Чаще всего неисправности коммутатора проявляются в виде падения динамики разгона, отказа пуска мотора, «провалов» при резком ускорении, а также в «троении» двигателя. Опытный водитель сразу заметит неладное, а чтобы убедиться в своей теории, достаточно будет провести несложную диагностику.

Наиболее распространенной причиной поломки коммутатора является «плохая масса» , что чаще всего проявляется после длительных ремонтных работ или же из-за окисления контактов. В результате этого устройство просто не может посылать на катушку зажигания соответствующие импульсы, а без них двигатель не запустится и машина не заведется.

В отдельных случаях импульсы не доходят до самого коммутатора, причиной чего являются неполадки в работе бесконтактного датчика. В обоих вариантах такой ситуации устройствам требуется более детальная диагностика с последующим ремонтом или заменой.

К примеру, для проверки состояния бесконтактного датчика нужно измерить напряжение на выходе датчика – распределителя. В исправном состоянии проворачивание коленвала с помощью ключа должно вызывать резкое изменение (зачастую в пределах от 0,2 - 0,4 В до 5 – 11 В). Если этого не происходит, скорее всего, датчик нуждается в замене. Диагностика состояния коммутатора также не занимает много времени, а для ее выполнения чаще всего не потребуется никакого специального оборудования.

2. Алгоритм действий по проверке коммутатора

Многие автомобилисты предпочитают не терять время на поиск неисправностей, а сразу заменить коммутатор новым узлом. В принципе, в таком решении присутствует логика: во-первых , не придется тратить время на проведение проверки, во-вторых , поставив новую деталь, сразу станет понятно, в ней проблема или нет. Правда, переживать за потраченное время не нужно, ведь диагностика коммутатора не задержит вас надолго.

Выполнить проверку коммутатора можно двумя основными способами. Первый немного проще, и для него понадобится лампа-переноска. Алгоритм проведения процедуры в этом случае следующий:

1. Отсоединяем от катушки зажигания провод, идущий от клеммы коммутатора;

2. Подключаем освобожденный наконечник провода к контрольной лампе, а второй вывод лампы – к клемме катушки зажигания;

3. Включаем зажигание и проворачиваем коленчатый вал двигателя с помощью стартера.

Если при вращении коленвала контрольная лампа не мигает, значит, от коммутатора на катушку зажигания не исходят соответствующие импульсы тока. То есть деталь неисправна и требует замены. Для второго способа диагностики коммутатора вам потребуется больше инструментов, в том числе паяльник и металлический лист в роли «массы».

В этом случае последовательность выполнения проверочных действий несколько отличается. Для начала следует знать определенные обозначения, располагающиеся на корпусе устройства. Зачастую эти обозначения представлены в виде латинских букв (к примеру, B, C, T, K).

Во-вторых, нужно понимать, что при проверке устройства необходимо обращать внимание на надежность соединений, а на самом корпусе должен присутствовать хороший «минус». Довольно часто после длительных ремонтных работ или же под воздействием окислительных процессов в работе коммутатора возникают определенные неполадки, объясняющиеся «плохой массой».

Для проверки коммутатор вместе с катушкой зажигания необходимо поместить на один металлический лист, исполняющий роль «массы», и еще раз проверить надежность всех соединений, а также расстояние от катушки зажигания (точнее, «выхода на ней») до металлического листа. Значение этого расстояния должно соответствовать 15-25 мм.

На следующем этапе диагностики следует поочередно замыкать и размыкать провод, который должен идти на контакт коммутатора. Его подключают к контрольной 12-вольтной лампе, и по общим правилам сигнал блока не должен превышать 5 В.

Однако, если этих самых 12 В подавать кратковременно, то можно проверить коммутатор сразу в двух направлениях: на его исправность и на качество работы в «экстремальных» условиях.

Как и в первом варианте, для результативности проверочных работ необходимо провернуть мотор стартером, и если коммутатор находится в работоспособном состоянии, то вы увидите, как искра бьет в металлический лист (лампочка начинает светиться). Использование металлического листа – совсем необязательное условие, и можно обойтись без него (как описано в первом варианте); главное, чтобы имелась хорошая «масса».

Для проверки работоспособности внутреннего коммутатора выполняют все те же действия, только уже снимается и подставляется другой контакт.

3. Материалы для проверки коммутатора

Для выполнения проверки коммутатора, в обоих вышеописанных случаях вам понадобится контрольная лампа с номинальным напряжением в 12 В и стандартный набор ключей, с помощью которых можно убедиться в наличии или отсутствии импульсов (то есть в исправности самого устройства). Второй вариант диагностики предусматривает присутствие и других элементов: самой обычной кнопки, паяльника и металлического листа в качестве «массы».

Однако, если вы совсем не желаете тратить время, тогда для проверки исправности коммутатора вам всего лишь необходимо купить новое устройство. Если после установки все будет нормально, значит, проблема и правда была в старом элементе.

Подписывайтесь на наши ленты в

Добрый день, дорогие друзья. Несколько лет работала сисадмином в некотором количестве корпоративных и домашних провайдеров Санкт-Петербурга и по сей день часто сталкиваюсь с тем, что покупая оборудование операторы смотрят больше на цену и описание функций, чем на реальные показатели, о них поставщики обычно ничего не пишут, в следствии чего вместо одного коммутатора приходится устанавливать еще и еще, а качество связи лучше может и не станет. Про существования понятия SLA(Service Level Agreement) тоже не все операторы в курсе, по этой причине собрала достоверную информацию по тестированию сетей и оборудования, и готова предоставить её вашему вниманию.

Ethernet нужно тестировать!

Есть ли точное определение и рецепты того, как проводить тесты пропускной способности канала и качества предоставляемой связи? Я нашла несколько статей, из которых стало понятно только одно, сегодня в России сети тестируют методами, предназначенными для других целей, и это не может не удивлять, ведь услуги связи в крупных городах нашей страны достаточно развиты, скоростной канал есть буквально в каждой квартире, а некоторые операторы уже предоставляют гигабитные каналы домашним клиентам, но о методиках тестирования качества предоставляемых телематических услуг знают далеко не все.

Что конкретно и почему нужно тестировать?

Задумайтесь, как часто сегодня покупают кота в мешке:

Арендованные вами или сданные в аренду каналы связи;
Сдача-приемка каналов связи, построенных вами или для вас;
Предоставляемые услуги связи, особенно при наличии неустойки в договоре;
Оборудование, которое вы хотите купить, а вам его хотят продать и рассказывают о том, что оно супер-крутое и недорого стоит.

Это крохотная горстка примеров того, чем рискуют на сегодняшний день клиенты и операторы связи.

Софтовые утилиты для тестирование «Интернета»

Полноценным тестированием канала не могут являться echo запросы, ping и mtr никогда не расскажут какая у канала пропускная способность. Об этом не сможет рассказать iperf и прочие софтовые утилиты, так как при одновременном использовании сети и тестировании софтовым утилитам не известен объем пользовательских данных, находящихся в канале в текущий момент, так же при софтовом тестировании возможен ряд неточностей, обусловленных наличием заголовков пакетов, в зависимости от размера кадра заголовки остаются стандартной длины, а тело с данными увеличивается или уменьшается, софтовые утилиты определяют пропускную способность канала без учета размера заголовков, что на разных размерах пакетов вносит в подобное тестирование определенную неразбериху.

Вы не сможете оценить качество арендованного vlan, глядя на график загрузки канала или скачивая объемные файлы из интернета. Почему speedtest.net не является доказательством скорости предоставляемого канала наверное не стоит уточнять? Ведь сразу понятно что - неизвестно какие каналы и через какие сети они идут до серверов speedtest, как и неизвестно насколько загружен канал во время теста, и многие другие параметры теста, а если в тесте столько неизвестных - то его результаты никак не могут быть точными. Результатом speedtest - является скорее некая дельта от неких показателей, а не реальные цифры.

Качество предоставляемых услуг связи - это совокупность многих параметров, и используя правильные инструменты можно быстро и эффективно получить точные данные о предоставляемой услуге. Важно не только получить точные данные, но и иметь уверенность в том, что данные можно будет использовать для доказательства своей правоты, например в суде.

Методики и анализаторы Ethernet

На сегодняшний день есть две основные методики тестирования пропускной способности: старая - RFC-2544 и немного помладше: Y.1564 . Методика ITU-T Y.1564 - более актуальная на сегодняшний день, имеет описания для тестирования современных, высокоскоростных каналов связи с современными понятиями о SLA(Service Layer Agreement).

Так как качество ethernet-канала это совокупность многих факторов, следовательно, правильное тестирование должно максимально охватывать все эти совокупности. При тестировании необходимо учесть многие аспекты и было бы полезно иметь расширенные возможности, такие как BER Test , пакетный джиттер, поддержку MPLS, QoS, тестирование нагрузкой протоколов прикладного уровня (http, ftp, etc...).

Для тестирования каналов от 1G до 10G и выше достаточно сложно делать нагрузочные тесты при помощи неспециализированного железа, зачастую процессоры не способны генерировать достаточный объем трафика, в отличие от специализированных тестеров-анализаторов. Такие приборы можно положить в стойку, шкаф, даже в ящик на чердаке и запускать тесты удаленно, а можно делать автоматические замеры в разные временные интервалы. Любые портативные приборы-анализаторы не испортятся в суровых условиях канализации, так как проходят жестокие испытания на прочность.

Сдача-приемка каналов связи.

Для сдачи или приемки построенных линий и магистралей, для работы по высоким стандартам лучше всего иметь в штатном арсенале тестер-анализатор, хотя в интернете можно найти фирмы, специализирующиеся на выездном тестировании. Почему-то считается что покупать тестер-анализатор это очень дорого.

Подробнее о методике тестирования RFC-2544 и том, как это работает.

Методика предлагает набор из 6 тестов, я опишу более подробно, каким образом проходит тестирование, для наглядности восприятия:

Определение пропускной способности тестируемого устройства(Throughput)

Описание теста: посылается небольшой объем, специально сформированных тестером, пакетов, на определенной скорости, на входной порт устройства, на выходном порту количество подсчитывается, если передано больше, чем получено - скорость уменьшается и тест запускается снова.

Определение время задержки кадра(Latency)

Описание теста: после определения пропускной способности(Throughput), для каждого размера кадра, на соответствующей ему максимальной скорости, посылается поток пакетов по определенному адресу. Поток должен иметь минимальную длительность в 120 секунд. В 1 пакет по прошествии 60 секунд вставляется метка. Формат метки определяется производителем оборудования. На передающей стороне записывается время, к которому пакет с меткой был полностью отправлен. На приемной стороне определяется метка и записывается время полного приема пакета с меткой. Задержка (latency) - это разница между временем отправки и временем получения. Данный тест, согласно методике необходимо повторять минимум 20 раз. По результатам 20 измерений вычисляется средняя задержка. Тест следует проводить отправляя весь тестовый поток на один адрес и отправляя каждый кадр по новому адресу.

Определение частоты потери кадров(Frame loss rate)

Описание теста: на входной порт устройства посылается определенное количество кадров на определенной скорости и подсчитывается количество пакетов, принимаемых от выходного порта устройства. Частота потери кадров рассчитывается следующим образом:

((количество переданных кадров - количество полученных кадров) * 100) / количество переданных кадров

Первая отправка происходит на максимально-возможной скорости, затем скорость отправки понижается с максимальным шагом в 10%, согласно методике уменьшение % шага даст наиболее точные результаты. Уменьшение скорости необходимо продолжать до тех пор, пока две последних отправки будут без ошибок, а именно мы узнаем максимальную скорость передачи данных, на которой frame loss rate становится равен 0.

Тестирование способности обрабатывать back-to-back кадры(Back-to-back frames)

Описание теста: тест сводится к отсылке некого количества кадров с минимальной межкадровой задержкой на входной порт тестируемого устройства и подсчету кадров с выходного порта устройства. Если количество отправленных кадров и полученных равно, то увеличивается объем отправляемых кадров и тест повторяется, если принятых пакетов меньше, чем отправленных объем отправляемых кадров уменьшается и тест повторяется. В итоге мы должны получить максимальное количество пакетов отправленных и полученных без потерь для каждого размера пакета, это и будет значение back-to-back теста. Согласно методике длительность посылок кадров на порт устройства не должна быть менее двух секунд, а минимальное количество - не менее 50 раз. Конечная цифра - это усредненный результат 50 тестов.

Восстановление после перегрузки(System recovery), применимо только для тестирование устройств

Описание теста: на вход устройства в течение минимум 60 секунд отсылается поток кадров со скоростью 110% относительно измеренной тестом throughput. Если тест throughput показал идеальные результаты, то выбирается максимальная скорость данного соединения. В момент перегрузки скорость потока уменьшается в два раза и засекается разница между временем снижения скорости потока, и временем когда был потерян последний кадр.

Время восстановления тестируемого устройства после перезапуска(Reset), применимо только для тестирование устройств

Описание теста: на вход устройства отсылается непрерывный поток кадров на скорости, определенной в результате теста throughput с минимальным размером кадра. Устройство сбрасывается. Время восстановления после сброса это разница между временем приема последнего пакета до сброса и временем приема первого пакета после сброса. Тестируется и аппаратный и программный типы сброса устройства.

Что изменилось со свежей методикой Y.1564?

Новые рекомендации были рассмотрены и одобрены в 2011 году ITU . К уже изложенным рекомендациям в RFC 2544 добавляется пакетный джиттер(дрожание), а именно возможность вычисления разницы времени при получении ряда последовательных пакетов данных, относящихся к одному и тому же потоку, в идеальном мире ее не должно существовать, но в проблемных сетях последовательность может быть нарушена, что может сказаться на скорости обработки данных. RFC2544 позволяет делать проверки исключительно на максимальной скорости канала, на которой не будет потери пакетов, а это обычно выше чем скорость CIR (Committed Information Rate - гарантированная полоса пропускания) . Y.1564 создан именно для SLA , оценки скорости и качества предоставляемого канала согласно ключевым показателям производительности(KPI) и позволяет проверить предоставляемый канал в соответствие с договором.

Y.1564 позволяет проверить гарантированную полосу пропускания, максимально-допустимую, а так же дать нагрузку сверх полосы, к примеру для проверки настроек шейпера.

Есть еще несколько различий между методиками, RFC2544 не производит верификации корректности настройки сервиса (соответствие KPI заданным, и ограничение скорости выше EIR(Excess Information Rate - максимальная негарантированная полоса пропускания), во избежание перегрузки сети). В оригинальной версии RFC2544 джиттер не измеряется. Согласно RFC2544 каждый тест запускается отдельным потоком, что не позволяет измерить качество предоставляемых услуг в совокупности и увеличивает время тестирования, еще один минус RFC2544 в том, что отсутствует возможность профилирования для проверки разных типов трафика в одном канале, к примеру, если в сети используется QoS, в Y.1564 учтены недочеты и немного расширен функционал.

Тестировать можно только новые каналы или уже рабочие тоже?

Тестировать нужно и новые каналы, и тем более старые. Вы можете заранее узнать о назревающих проблемах, не доводя клиентов до звонка в поддержку. Современными тестерами-анализаторами можно проводить проверки в работающей сети, проверять каналы как со скоростью 10/100/1000Mbit, так и 10/40/100G. Есть одно НО, очень важно понимать что и как вы делаете, важно нечаянно не положить тестируемый канал.

Режимы тестирования - In/Out of service.

На сегодняшний день тестирование сетей стремится к полной систематизации и постоянному контролю каналов, более ранние версии методики RFC2544 были созданы для тестирования каналов/оборудования в режиме OutOfService, и использовались в основном для теста оборудования, но на сегодняшний день все производители тестовых приборов переходят на более новые стандарты тестирования, позволяющие проводить постоянный мониторинг сети в режиме InService. Такое тестирование позволяет проверять скорость полосы пропускания без отключения клиентов, что важно для операторов услуг связи.

Эпилог

Товарищи, как говорит один мой друг, давайте вместе бороться с «коекакерами», и начнем тестировать то, что строим и то, что эксплуатируем.

Используемая литература:

* Мнение компании может не совпадать с мнением автора;-)

Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите , пожалуйста.

В тестовой лаборатории «КомпьютерПресс» проведено тестирование управляемых и неуправляемых коммутаторов второго уровня Ethernet 10/100 Мбит/с. Среди управляемых коммутаторов тестировались: 3Com SuperStack II Switch 3300; HP ProCurve Switch 2424M; D-Link DES-3624i; Nortel Networks BayStack 450-24T; SMC TigerSwitch 10/100 SMC6924M; CNet CNSH-800i; Intel Express 460T Standalone Switch.

Среди неуправляемых коммутаторов тестировались: Compex 16-Port 10/100 Ethernet Switch SXP1216; D-Link DES-1016; Intel inBusiness 16-Port 10/100 Switch; PRIME 16-port smart switch PS-1016e; 3Com OfficeConnect DualSpeed Switch 16; 3Com SuperStack II Baseline 10/100 Switch; CNet PowerSwitch CNSH-1600.

Коммутаторы

Сергей Пахомов, Сергей Самохин

В условиях развивающейся инфраструктуры малого и среднего бизнеса все большее значение приобретает построение локальных сетей начального уровня, рассчитанных на небольшой офис с поддержкой нескольких десятков клиентов, или предприятие, в котором насчитывается несколько сот клиентских компьютеров. На сегодняшний день самыми популярными локальными сетями в России являются сети Ethernet. Основным недостатком таких сетей является сам принцип их построения - в результате коллективного доступа к среде передачи данных увеличение числа пользователей сети становится проблематичным. Так, сеть, построенная на основе концентратора и объединяющая в себе несколько десятков клиентов, может оказаться недееспособной в том смысле, что скорость передачи данных в такой сети будет неприемлемо низкой или некоторым клиентам вообще будет отказано в доступе к сетевым ресурсам. Известно, что работа в сетях Ethernet может быть эффективной при коэффициенте загруженности сети до 40%. Повысить производительность сети можно за счет перехода на более скоростные протоколы передачи данных. Однако это не решает проблемы масштабируемости сети, так как увеличение скорости передачи данных не изменяет принципа функционирования сети, если только эта сеть не построена на базе коммутатора. Коммутатор, как это будет показано далее, фактически изменяет принцип коллективного доступа к среде передачи данных, что с успехом позволяет решать проблему масштабируемости сети и повышения ее производительности.

Несмотря на то что данная статья ориентирована в основном на читателей, знакомых с основами сетевых технологий, вначале напомним основные положения технологии Ethernet, с которыми нам придется столкнуться при обсуждении методики тестирования и анализа результатов. Итак, обо всем по порядку…

Что такое Ethernet

Ethernet как стандарт для построения локальных сетей был разработан в 1970-х годах и окончательно утвердился после принятия спецификации IEEE 802.3 в 1980 году. На сегодняшний день Ethernet является самым распространенным стандартом локальных сетей. В зависимости от типа физической среды передачи данных стандарт Ethernet имеет множество различных модификаций: 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-FB, 10Base-FL и т.д. В 1995 году был принят новый стандарт - Fast Ethernet, описанный в разделе IEEE 802.3u. Стандарт Fast Ethernet во многом не является самостоятельным стандартом, поскольку использует аналогичную Ethernet технологию. В 1998 году был принят стандарт Gigabit Ethernet, описанный в разделе IEEE 802.3z. Все стандарты Ethernet имеют много общего.

В настоящее время термин Ethernet используется для описания всех локальных сетей, использующих режим коллективного доступа к среде передачи данных с опознанием несущей и обнаружением коллизий. Этот метод используется в сетях, построенных по логической топологии с общей шиной. При такой топологии все компьютеры локальной сети имеют непосредственный доступ к физической среде передачи данных (общая шина), поэтому она может быть использована для обмена данными между двумя любыми узлами сети. Одновременно (с учетом задержки распространения сигнала по физической среде) все компьютеры сети имеют возможность получать данные, которые любой из компьютеров начал передавать на общую шину. Кабель, к которому подключены все компьютеры, работает в режиме коллективного доступа. В конкретный момент времени передавать данные на общую шину может только один компьютер в сети. При этом все компьютеры сети обладают равными правами доступа к среде. Чтобы упорядочить доступ компьютеров к общей шине, используется метод коллективного доступа с опознанием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD). Метод состоит из двух частей. Первая часть - Carrier Sense Multiply Access определяет, каким образом компьютер получает доступ к среде. Для того чтобы передать данные на общую шину, компьютер сначала слушает сеть, чтобы определить, не передаются ли в данный момент какие-либо данные. В стандарте Ethernet признаком свободной линии является «тишина», то естьто есть отсутствие несущей. Если рабочая станция обнаруживает несущий сигнал, то для нее это является признаком занятости шины и передача данных откладывается, то есть станция переходит в режим ожидания. В стандарте Fast Ethernet признаком свободного состояния среды является не отсутствие сигналов на шине, а передача по ней специального Idle-символа соответствующего избыточного кода.

Когда в сети наступает молчание, станция начинает передачу. Все данные, передаваемые по сети, формируются в кадрах определенной структуры. Каждый кадр снабжается уникальным адресом станции назначения и станции отправителя. Кроме того, каждый кадр сопровождается 8-байтовой преамбулой - определенным сигналом, необходимым для синхронизации приемника и передатчика. Все станции, подключенные к общей шине, определяют факт передачи кадра, но только та станция, которая узнает свой адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, а затем посылает по кабелю кадр-ответ. Адрес станции-отправителя содержится в исходном кадре, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.

По окончании передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать паузу, называемую межкадровым интервалом (Inter Packet Gap, IPG). Эта пауза необходима для обеспечения равных прав всем станциям на передачу данных, то естьто есть для предотвращения монопольного захвата одной станцией общей шины и для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние. По окончании паузы станции сети определяют среду как свободную и могут начать передачу данных. Длительность межкадрового интервала для 10-мегабитного Ethernet составляет 9,6 мкс, а для 100-мегабитного Fast Ethernet - в 10 раз меньше, то есть 0,96 мкс. Межкадровый интервал в точности равен времени, необходимому для передачи 12 байт или 96 бит. Если определить в качестве единицы измерения временного интервала время, необходимое для передачи одного бита - битовый интервал (bt), то межкадровый интервал равен 96 bt. Такой способ определения временных интервалов не зависит от скорости передачи данных и часто используется в стандарте Ethernet.

При описанном способе коллективного доступа к среде передачи данных возможна ситуация, когда несколько станций одновременно решат, что шина является свободной, и начнут передавать по ней свои данные. Такая ситуация называется коллизией (collision). При этом содержимое кадров сталкивается на общей шине и происходит искажение информации. В принципе, коллизия - это нормальная и неизбежная ситуация в сетях Ethernet. Коллизия возникает не только в том случае, когда две или больше станций начинают абсолютно одновременно передавать кадр на общую шину, что практически нереально, но и когда одна станция начинает передачу кадра, а до другой станции этот кадр еще не успел распространиться, и, решив, что шина свободна, другая станция также начинает передачу. Коллизия - это следствие распределенного характера сети. Чем больше диаметр сети, то есть расстояние между двумя наиболее удаленными друг от друга станциями, тем больше вероятность возникновения коллизии в такой сети (рис. 1).

Вторая часть метода CSMA/CD - Collision Detection служит для разрешения конфликтных ситуаций, возникающих при коллизиях. Все узлы сети должны быть способны распознать возникающую коллизию.

Четкое распознавание коллизий всеми станциями сети является необходимым условием корректной работы сети Ethernet. Если какая-либо передающая станция не распознает коллизию и решит, что кадр данных передан ею верно, то этот кадр данных будет утерян. Из-за наложения сигналов при коллизии информация кадра исказится и он будет отбракован принимающей станцией (возможно, из-за несовпадения контрольной суммы). Скорее всего, искаженная информация будет повторно передана каким-либо протоколом верхнего уровня, например транспортным или прикладным, работающим с установлением соединения. Но повторная передача сообщения протоколами верхних уровней произойдет через значительно более длительный интервал времени по сравнению с микросекундными интервалами, которыми оперирует протокол Ethernet. Поэтому если коллизии не будут надежно распознаваться узлами сети Ethernet, то это приведет к заметному снижению полезной пропускной способности данной сети.

Для того чтобы иметь возможность распознать коллизию, каждая станция прослушивает сеть во время и после передачи пакета. Обнаружение коллизии основано на сравнении посылаемого станцией сигнала и регистрируемого сигнала. Если регистрируемый сигнал отличается от передаваемого, то станция определяет эту ситуацию как коллизию. При обнаружении коллизии передающей станцией она прерывает процесс передачи кадра и посылает в сеть специальный 32-битный сигнал, называемый jam-последовательностью. Назначение этой последовательности - сообщить всем узлам сети о наличии коллизии.

После возникновения коллизии станция, ее обнаружившая, делает паузу, после которой предпринимает следующую попытку передать кадр. Пауза после коллизии является случайной и выбирается по следующему правилу:

где t - интервал отсрочки равный 512 bt, что при скорости 100 Мбит/с составит 5,12 мкс; L - целое случайное число, выбранное из диапазона , где N - номер повторной попытки передачи данного кадра.

После первой попытки пауза может либо отсутствовать, либо составлять один или два интервала отсрочки. После второй попытки пауза может либо отсутствовать, либо быть равной одному, двум, трем или четырем интервалам отсрочки. После 10-й попытки интервал, из которого выбирается пауза, не увеличивается. Таким образом, после десятой попытки передачи кадра случайная пауза может принимать значения от 0 до 1024´ 512 bt = 524 288 bt. Для стандарта Fast Ethernet это соответствует временному диапазону от 0 до 5,24 мс.

Передатчик предпринимает всего 16 последовательных попыток передачи кадра. Если все попытки завершились неудачно, вызвав коллизию, то передатчик прекращает попытки передать данный кадр.

Для надежного распознания коллизий необходимо, чтобы коллизия была обнаружена в процессе передачи кадра. В худшем варианте в конфликт могут вступить две наиболее удаленные друг от друга станции. Пусть первая станция, решив, что шина свободна, начинает передачу кадра. До самой удаленной от нее станции этот кадр дойдет не мгновенно, а через некоторый промежуток времени t. Если в этот момент времени удаленная станция, также решив, что шина свободна, начинает передачу своего кадра, то возникает коллизия. Искаженная информация дойдет до первой станции также через время t. Поэтому коллизия будет обнаружена первой станцией через время 2t после начала передачи ею кадра. К моменту обнаружения коллизии станция не должна закончить передачу кадра. Отсюда получается простое соотношение между временем, необходимым для передачи кадра минимальной длины и задержкой сигнала при распространении в сети:

где t - время распространения сигнала по сети Ethernet. Удвоенное время распространения сигнала называют временем двойного оборота (Path Delay Value, PDV). Время двойного оборота в сети определяется максимальной длиной сети, а также устройствами (концентраторами, повторителями), вносящими задержку в распространение сигнала. Минимальное время, необходимое для передачи кадра Ethernet, зависит от скорости передачи и длины кадра. Все параметры протокола Ethernet подобраны таким образом, чтобы при нормальной работе узлов сети коллизии всегда четко распознавались. Так, для сетей Fast Ethernet, построенных на витой паре и концентраторе, максимальное расстояние между станцией и концентратором не должно превосходить 100 м, а между любыми двумя станциями сети должно быть не более четырех концентраторов (правило четырех хабов).

Из описания метода коллективного доступа к общей шине и механизма реагирования на коллизии видно, что вероятность того, что станция может получить в свое распоряжение общую шину для передачи данных, зависит от загруженности сети, то есть от того, насколько часто возникает потребность у станций в передаче кадров. При значительной загруженности сети возрастает вероятность возникновения коллизий, и полезная пропускная способность сети Ethernet падает из-за повторных попыток передачи одних и тех же кадров. Следует отметить, что метод доступа CSMA/CD вообще не гарантирует станции, что она когда-либо сможет получить доступ к среде. Конечно, при небольшом сетевом трафике вероятность такого поворота событий невелика, но если сетевой трафик приближается к максимальной пропускной способности сети, подобное становится очень вероятным. Для характеристики загруженности сети вводят понятие коэффициента загруженности (использования) сети. Коэффициент загруженности сети определяется как отношение трафика, передаваемого по сети, к ее максимальной пропускной способности. Для сетей Fast Ethernet максимальная пропускная способность равна 100 Мбит/с (200 Мбит/с в полнодуплексном режиме), а трафик, передаваемый по сети, равен сумме интенсивностей трафиков, генерируемых каждым клиентом сети.

Говоря о максимальной пропускной способности сети, следует различать полезную и полную пропускную способность. Под полезной пропускной способностью понимается скорость передачи полезной информации, объем которой всегда несколько меньше полной передаваемой информации, так как каждый передаваемый кадр содержит служебную информацию, гарантирующую его правильную доставку адресату. Отличие полезной пропускной способности от полной пропускной способности зависит от длины кадра. Так как доля служебной информации всегда одна и та же, то, чем меньше общий размер кадра, тем выше «накладные расходы». Служебная информация в кадрах Ethernet составляет 18 байт (без преамбулы), а размер поля данных кадра меняется от 46 до 1500 байт. Сам размер кадра меняется от 46 + 18 = 64 байт до 1500 + 18 = 1518 байт. Поэтому для кадра минимальной длины полезная информация составляет всего лишь 46/64 = 0,72 от общей передаваемой информации, а для кадра максимальной длины 1500/1518 = 0,99 от общей информации. Чтобы рассчитать полезную пропускную способность сети для кадров максимального и минимального размера, необходимо учесть различную частоту следования кадров. Естественно, что, чем меньше размер кадров, тем больше таких кадров будет проходить по сети за единицу времени, перенося с собой большее количество служебной информации (рис. 2).

Так, для передачи кадра минимального размера, который вместе с преамбулой имеет длину 72 байта, или 576 бит, потребуется время, равное 576 bt, а если учесть межкадровый интервал в 96 bt, то получим, что период следования кадров составит 672 bt. При скорости передачи в 100 Мбит/с это соответствует времени 6,72 мкс. Тогда частота следования кадров, то есть количество кадров, проходящих по сети за 1 секунду, составит 1/6,72 мкс = 148 809 кадр/с.

При передаче кадра максимального размера, который вместе с преамбулой имеет длину 1526 байт или 12208 бит, период следования составляет 12 208 bt + 96 bt = 12 304 bt, а частота кадров при скорости передачи 100 Мбит/с составит 1/123,04 мкс = 8127 кадр/с.

Зная частоту следования кадров и размер полезной информации, переносимой каждым кадром, нетрудно рассчитать полезную пропускную способность сети. Для кадра минимальной длины полезная пропускная способность равна 46 байт/кадр´ 148 809 кадр/с = 54,76 Мбит/с, что составляет лишь немногим больше половины от общей максимальной пропускной способности сети. Для кадра максимального размера полезная пропускная способность сети равна 1500 байт/кадр´ 8127 кадр/с = 97,52 Мбит/с.

Таким образом, в сети Fast Ethernet полезная пропускная способность может меняться в зависимости от размера передаваемых кадров от 54,76 до 97,52 Мбит/с, а частота следования кадров изменяется в диапазоне от 8127 до 148 809 кадр/с.

Говоря о различных размерах кадров, принятых в стандарте Ethernet, отметим, откуда берутся ограничения, накладываемые на размер кадров. Действительно, если при большем размере кадра увеличивается полезная пропускная способность сети, то почему не сделать все кадры одинакового размера, установив этот размер как можно большим? Максимальный размер кадра ограничивается несколькими обстоятельствами. Во-первых, чем больше размер кадра, тем больше времени требуется для его обработки, и, кроме того, необходимо повышать емкость буфера сетевого адаптера. Кроме того, если такой кадр будет утерян или испорчен и потребуется его повторная передача, то это приведет к менее эффективному использованию сети. Делать же все кадры одинакового размера, равного, например 1518 байт, при котором достигается высокая полезная пропускная способность сети, было бы также не рационально, поскольку не всегда компьютеры обмениваются большими объемами полезной информации. К примеру, пересылка файла от одного компьютера к другому сопровождается постоянной пересылкой «квитанций в получении» от компьютера-адресата к компьютеру-поставщику. Такие квитанции оформляются в специальные служебные кадры. Объем переносимой при этом информации невелик и вполне укладывается в поле данных минимального по размерам кадра. Если же использовать для таких квитанций кадры максимального размера, то это приведет к заметному уменьшению эффективности использования сети, так как накладные расходы (служебная информация, содержащаяся в заголовке кадра) значительно превысят объем полезной информации. Объем полезной информации, переносимой кадром, может оказаться и меньше поля данных минимального кадра, то есть меньше 46 байтов. При этом незаполненное полезной информацией поле данных автоматически заполняется нулями до размера в 46 байт. Для чего это нужно? Почему нельзя установить минимальный размер кадра равным размеру служебной информации (18 байтов) и необходимому размеру для передачи полезной информации? Минимальный размер кадра устанавливается из условия надежного распознания коллизий. Вспомним, что время двойного оборота кадра по сети должно быть меньше времени, необходимого для передачи этого кадра.

Приведенный выше расчет максимальной полезной пропускной способности сети Ethernet относится к идеальной ситуации, когда одна станция имеет монопольный доступ к общей шине. В такой ситуации нет коллективного доступа и коллизий, приводящих к уменьшению полезной пропускной способности сети, не возникает. Такая ситуация реализуется, например, при копировании файла с сервера на несколько клиентских компьютеров.

При наличии нескольких клиентов, общающихся друг с другом, происходит множественный доступ к общей шине. При этом попытка клиента передать кадр на общую шину может иметь три исхода: успешная передача, переход в режим ожидания или передача с возникновением коллизии. В идеальной ситуации, когда все кадры передаются с успешным результатом, в сети, состоящей из N узлов, на долю каждого узла приходится пропускная способность равная С/N Мбит/с, где C - максимальная пропускная способность сети. Однако вероятность передачи кадров с переходом в режим ожидания или с возникновением коллизии возрастает экспоненциально с ростом числа узлов в сети и интенсивности передачи трафика каждым узлом. К примеру, если в сети Fast Ethernet, состоящей из 20 узлов, каждый компьютер попытается генерировать в сеть трафик со скоростью 5 Мбит/с, то за счет возникающих коллизий и переходов в режим ожидания сеть вообще перестанет передавать полезную информацию и будет работать «вхолостую», обрабатывая возникающие коллизии. Влияние задержек и коллизий на полезную пропускную способность сети отражает график, представленный на рис. 3 .

Из рис. 3 видно, что при некотором критическом значении коэффициента загруженности сети полезная пропускная способность сети перестает увеличиваться. Дальнейшее увеличение коэффициента загруженности сети приводит к снижению полезной пропускной способности, делая работу в такой сети практически невозможной. Количество узлов, при котором значение коэффициента загруженности сети принимает критическое значение, зависит от типа функционирующих в сети приложений и реально ограничивается несколькими десятками узлов, что значительно меньше того максимального количества узлов, которое можно объединять в сеть по стандарту Ethernet (в стандарте Ethernet предусмотрено максимальное количество узлов в сети, равное 1024). Поэтому сети Ethernet рекомендуется загружать так, чтобы значение коэффициента использования не превышало 30-40%.

Но как быть, если сеть необходимо расширить, что, естественно, будет сопровождаться увеличением ее загруженности? Ограничения, возникающие из-за использования общей разделяемой среды, можно преодолеть, разбив ее на несколько более мелких сетей и соединив такие сегменты между собой с помощью коммутатора.

Коммутаторы - новый уровень производительности

В отличие от концентраторов, которые полностью воплощают в себе идеологию общей разделяемой среды и превращают сеть в единый домен коллизий, коммутаторы - это более интеллектуальные устройства, способные анализировать адрес назначения кадра и передавать его не всем станциям сети, а только адресату.

До появления коммутаторов задача разбиения сети на сегменты решалась с помощью мостов, которые в настоящее время практически не используются. Основной же принцип действия мостов и коммутаторов остался неизменным. Именно поэтому коммутаторы иногда называют многопортовыми мостами.

Технология конфигурационной коммутации сегментов Ethernet была предложена фирмой Kalpana в 1990 году. Эта технология основана на отказе от использования разделяемой среды передачи данных, что позволяет передавать пакеты одновременно между всеми парами портов коммутатора.

Конструктивно коммутатор представляет собой многопортовое устройство, предназначенное для деления сети на множество сегментов. В сетях Ethernet коммутаторы используют в своей работе алгоритм прозрачного моста (transparent bridge), регламентированного в стандарте IEEE 802.1D. Алгоритм прозрачного моста подразумевает, что коммутатор «обучается» в процессе своей работы. Коммутатор строит свою адресную таблицу на основании пассивного наблюдения за трафиком, циркулирующего в сети. В начальный момент времени коммутатор ничего не знает об адресах подключенных к его портам компьютеров или сегментах сети. По мере того как подключенные к портам коммутатора узлы начинают проявлять активность, коммутатор анализирует содержимое адресов отправителя кадров, что позволяет делать вывод о принадлежности того или иного узла к тому или иному порту коммутатора. Адреса отправителей кадров заносятся в таблицу MAC-адресов коммутатора (рис. 4).

В начальный момент времени коммутатор работает в неразборчивом режиме, передавая полученные кадры на все порты. Построив таблицу MAC-адресов, коммутатор может передавать полученные кадры не на все порты, а только по адресу назначения. Если на порт коммутатора поступает кадр с адресом назначения, приписанным к другому порту коммутатора, то кадр передается между портами. Такой процесс называется продвижением кадра (forwarding). Если же коммутатор определяет, что адрес назначения приписан к тому порту, на который поступил данный кадр, то кадр отбрасывается или отфильтровывается, то есть удаляется из буфера порта. Такой процесс называется фильтрацией (filtering).

При обсуждении технологии Ethernet мы отмечали, что использование коммутаторов может значительно увеличить производительность сети за счет отказа от принципа разделяемой среды. Рассмотрим, как это происходит. Пусть к каждому из восьми портов 8-портового коммутатора подключен компьютер (микросегментация сети). В идеальном случае можно установить четыре пары соединений между компьютерами, как показано на рис. 5 .

При таком соединении каждая пара компьютеров может общаться друг с другом, как если бы других компьютеров в сети вообще не было. Поскольку при таком соединении нет общей разделяемой среды (в полнодуплексном режиме работы), то возникновение коллизий невозможно и все кадры передаются в сеть с положительным исходом. В этом случае компьютеры могут общаться друг с другом с максимальной протокольной скоростью. Говорят, что коммутатор предоставляет каждому узлу выделенную пропускную способность протокола. Производительность коммутатора, имеющего N портов и позволяющего установить N/2 соединений, составляет (N/2)*С , где С - протокольная пропускная способность.

Однако рассмотренная ситуация является идеальной. Более вероятно, когда два или более компьютеров в сети пытаются установить соединение с одним компьютером (рис. 6).

Учитывая, что выходной порт может в один момент времени устанавливать соединение только с одним входным портом, нельзя не понимать, что в этом случае коммутатор не способен выделить каждому компьютеру пропускную способность протокола. Так, если 4 компьютера пытаются установить соединение с одним компьютером по протоколу Fast Ethernet, то коммутатор может выделить каждой станции лишь полосу пропускания в 25 Мбит/с, так как выходной порт коммутатора может передавать данные с максимальной скоростью в 100 Мбит/с.

Практически все современные коммутаторы сетей Ethernet способны работать в двух режимах: 10 Мбит/с по стандарту Ethernet и 100 Мбит/с по стандарту Fast Ethernet. При этом, поддерживается как полудуплексный, так и полнодуплексный режим работы.

В полудуплексном режиме работы прием и передача кадров осуществляется по одной витой паре, поэтому даже в случае, когда к каждому порту коммутатора подключено по одному компьютеру, возможно возникновение коллизий. При этом доменом коллизий являются сам порт коммутатора, порт сетевого адаптера и собственно кабель. Коллизия в этих условиях может возникнуть, если сетевой адаптер и порт коммутатора одновременно или почти одновременно начинают передачу кадров, решив, что кабель не занят.

В полнодуплексном режиме работы такая ситуация не считается коллизией, поскольку полнодуплексный режим предусматривает одновременную передачу данных в обоих направлениях. Таким образом, если сеть микросегментирована, то есть к каждому порту коммутатора подключено по одному компьютеру, то коллизии в принципе не могут возникать. Фактически при этом меняется способ доступа узла к среде передачи данных, что позволяет ликвидировать основной недостаток сетей Ethernet. Узлу разрешается отправлять кадры в коммутатор, когда бы ему это ни потребовалось. Однако при этом отсутствует механизм регулирования потока от каждого узла. Действительно, ведь при разделении среды передачи данных всеми узлами сети трафик саморегулировался тем, что с повышением интенсивности генерации трафика некоторыми узлами, повышалась и вероятность перехода этих узлов в режим ожидания. При этом интенсивность реального трафика, который направляется такими узлами в сеть, может оказаться значительно меньше той интенсивности, которая требуется этими узлами.

В полнодуплексном режиме работы нет механизма саморегулирования трафика, поэтому, если дополнительно не предусмотреть средств регулирования потока кадров, коммутаторы могут столкнуться с перегрузками. Рассмотрим, к примеру, ситуацию, когда несколько портов коммутатора направляют свой трафик на один порт. Такая ситуация возникает при одновременном копировании файлов на файловый сервер со стороны нескольких клиентов. Если считать, что каждый отдельный компьютер способен копировать файлы со скоростью 25 Мбит/с, а в полнодуплексном режиме компьютер в сети ведет себя так, как если бы он был один (то есть не чувствует влияния других компьютеров), то при наличии уже пяти таких компьютеров, одновременно производящих копирование файлов, выходной порт коммутатора неизбежно столкнется с перегрузками. Действительно, суммарный трафик, создаваемый пятью компьютерами составит 125 Мбит/с, но выходной порт может передавать кадры лишь со скоростью 100 Мбит/с, что ограничено протокольной пропускной способностью. В результате нагрузка на выходной порт составит 125% и коммутатор неизбежно столкнется с перегрузкой. Если такая перегрузка длится в течение очень короткого промежутка времени, то проблема может быть решена за счет использования буфера выходного порта. Но при долговременной перегрузке буфер переполнится, что приведет к потере кадров. Поэтому в полнодуплексном режиме работы необходимо предусмотреть механизм управления потоком кадров.

Для регулирования потока кадров используется технология Advanced Flow Control, описанная в стандарте IEEE 802.3х. Эта технология использует для контроля потока кадров со стороны коммутатора команды «Приостановить передачу» и «Возобновить передачу». Сетевой адаптер или порт коммутатора, поддерживающий стандарт IEEE 802.3x, получив команду «Приостановить передачу», прекращает передавать кадры до получения команды «Возобновить передачу».

При работе в полудуплексном режимекоммутатор также может сталкиваться с перегрузками, когда сумма входящих трафиков превышает сумму выходящих. Однако при полудуплексном режиме технология Advanced Flow Control неприемлема, так как передача и прием кадров осуществляются по одной витой паре. В этом случае для управления потоком кадров коммутатор может использовать два метода, основанных на том, что коммутатор, в отличие от конечных узлов, может нарушать некоторые правила доступа к среде передачи данных.

Первый метод называется методом обратного давления (backpressure). В случае когда коммутатору необходимо «подавить» активность какого-либо порта, он искусственно генерирует коллизии на этот порт, посылая ему jam-последовательности.

Второй метод основан на агрессивном поведении порта коммутатора. Агрессивность поведения порта коммутатора заключается в том, что для доступа к среде передачи данных порт не выдерживает технологической паузы между кадрами в 9,6 bt, а делает эту паузу равной 9,1 bt. В этом случае порт коммутатора монопольно захватывает шину, направляя конечному узлу только свои кадры. Естественно, что сам конечный узел прекращает генерацию кадров, что дает возможность порту коммутатора разгрузить свой внутренний буфер. Для монопольного захвата шины после коллизии коммутатор выдерживает интервал отсрочки, равный 500 bt, а конечный узел, как и определено стандартом, выдерживает интервал отсрочки в 512 bt. Это также приводит к тому, что конечный узел прекращает генерацию кадров в порт коммутатора.

Какими они бывают

На сегодняшний день наиболее часто используются три типа функциональной структуры коммутаторов:

с коммутационной матрицей;
с общей шиной;
с разделяемой многовходовой памятью.

Кроме того, упомянутые схемы часто комбинируются в схеме одного коммутатора, так как каждая схема имеет свои достоинства и недостатки.

Первый коммутатор EtherSwitch фирмы Kalpana был построен на основе коммутационной матрицы. Каждый порт такого коммутатора обслуживается отдельным процессором кадров (Ethernet Packet Processor, EPP). Работу всех процессоров координирует системный модуль, который содержит адресную таблицу коммутатора и обеспечивает управление коммутатором по протоколу SNMP. При поступлении кадра в порт коммутатора процессор EPP буферизует служебные байты кадра, для того чтобы прочитать адрес назначения. После того, как адрес назначения установлен, процессор, не дожидаясь прихода остальных байтов кадра, принимает решение о продвижении или фильтрации кадра. Для этого он просматривает таблицу MAC адресов в своем собственном кэше или, если там нет нужного адреса, обращается к системному модулю. Если процессор, на основе анализа адресной таблицы, принимает решение о продвижении кадра, коммутационная матрица устанавливает соединение между портом приема и портом назначения. Однако установление соединения в коммутационной матрице возможно только в том случае, если порт назначения свободен, то есть не соединен с другим портом. Если же порт назначения занят, то установить соединение невозможно. В этом случае кадр полностью буферизуется портом, оставаясь там до тех пор, пока не будет возможно установить соединение. После установления соединения байты кадра поступают на выходной порт коммутатора, где могут быть буферизованы процессором выходного порта. Процессор выходного порта передает немедленно (без буферизации) поступающие байты подключенному к порту сегменту Ethernet или же буферизует их, если разделяемая среда сегмента в данный момент занята.

Коммутаторы с коммутационной матрицей обеспечивают самый быстрый способ коммутации портов. Однако число портов в таких коммутаторах ограничено, так как сложность схемы возрастает пропорционально квадрату числа портов. Конструктивно матрица может быть выполнена на основе различных комбинационных схем, реализованных в виде ASIC-микросхем, но независимо от способа реализации в ее основе лежит физическая коммутация каналов связи. На рис. 7 показана топология связей коммутационной матрицы (рис. 7).

Основным недостатком данной технологии является невозможность буферизации кадров в самой коммутационной матрице. Из приведенного выше примера ясно, что основным фактором, определяющим пропускную способность такого коммутатора, является буферизация кадров, без которой кадры могут быть просто потеряны. Однако увеличение объема буфера порта приводит к большей задержке передачи кадра, что противоречит основной цели коммутаторов - повышению производительности.

В коммутаторах с общей шиной (рис. 8) процессоры портов связываются между собой высокоскоростной шиной. Связь портов через такую шину происходит в режиме разделения времени. Для того чтобы такой коммутатор мог работать в неблокирующем режиме, производительность общей шины, то есть ее пропускная способность, должна быть не ниже совокупной производительности всех портов коммутатора.

Передача данных по такой шине происходит не кадрами, а более мелкими порциями, размер которых зависит от производителя. Для этого процессор передающего порта разбивает кадр на более мелкие порции, прибавляя к каждой из них адрес порта назначения (тэг адреса). Процессоры выходных портов содержат фильтры тэгов, что позволяет им выбирать предназначенные им данные. В схемы с общей шиной, так же как и в схеме с коммутационной матрицей, невозможно осуществить промежуточную буферизацию кадров.

В коммутаторах с разделяемой памятью процессоры портов связаны через специальный переключатель с разделяемой памятью. Работой переключателей и памяти управляет специальный блок управления портами. Этот блок организует в памяти очередь данных для каждого выходного порта. Когда какому-либо порту необходимо передать данные, процессор этого порта делает запрос блоку управления, который связывает данный порт с разделяемой памятью, что дает возможность записать данные в очередь нужного выходного порта (рис. 9).

Параллельно с записью данных в очереди выходных портов блок управления поочередно подключает процессоры выходных портов к соответствующим очередям, в результате чего данные из очереди переписываются в выходной буфер процессора. Применение общей буферной памяти, распределяемой блоком управления между отдельными портами, снижает требования к размеру буферной памяти процессора порта.

Независимо от способа конструктивной реализации коммутатора все коммутаторы характеризуются некоторыми общими параметрами, определяющими их производительность. Наиболее важные среди них - это:

скорость продвижений (forwarding);
скорость фильтрации (filtering);
пропускная способность коммутатора (throughput);
время задержки передачи кадра;
тип коммутации;
размер адресной таблицы;
размер буферной памяти.

Скорость продвижения , измеряемая в количестве кадров в секунду, определяет скорость, с которой происходит передача кадра между входным и выходным портами. Сам процесс передачи кадра включает в себя несколько этапов. Первый этап - это процесс буферизации либо всего кадра в целом, либо первых байтов кадра, содержащих адрес назначения. После определения адреса назначения кадра происходит процесс поиска искомого выходного порта в адресной таблице, которая может быть расположена либо в локальном кэше порта, либо в общей адресной таблице. После определения нужного выходного порта процессор принимает решение о продвижении кадра и посылает запрос на доступ к выходному порту. Установление необходимой связи между выходным и входным портами сопровождается передачей кадра в сеть через выходной порт.

Скорость фильтрации , так же как и скорость продвижения, измеряется в количестве кадров в секунду и характеризует скорость, с которой порт фильтрует, то есть отбрасывает ненужные для передачи кадры. Первый этап процесса фильтрации - это буферизация либо всего кадра, либо только первых адресных байтов кадра. После этого процессор просматривает адресную таблицу на предмет установления необходимого выходного порта. Определив, что адрес выходного порта совпадает с адресом входного порта, процессор принимает решение о фильтрации кадра и очищает свой буфер.

Скорость фильтрации и скорость продвижения зависят как от производительности процессоров портов, так и от режима работы коммутатора, о чем будет сказано далее. Наибольшего значения скоростей можно достигнуть при наименьшем размере кадров, так как в этом случае скорость их поступления максимальна. Как правило, скорость фильтрации является неблокирующей, то есть обработка кадров может происходить со скоростью их поступления.

Пропускная способность коммутатора, измеряемая в мегабитах в секунду (Мбит/с), определяет какое количество пользовательских данных можно передать через коммутатор за единицу времени. Максимальное значение пропускной способности достигается на кадрах максимальной длины, поскольку в этом случае доля накладных расходов на служебную информацию в каждом кадре мала.

Время задержки передачи кадра определяется как время, прошедшее с момента поступления первого байта кадра на входной порт коммутатора до момента появления этого байта на его выходном порте. Время задержки, так же как и скорость фильтрации и продвижения, зависит от типа коммутации, поэтому принято указывать лишь минимально возможное время задержки, которое составляет от единиц до десятков микросекунд.

Типы коммутации , определяют не производительность коммутатора, а режим его работы. Однако от типа коммутации зависит скорость продвижения и фильтрации и время задержки передачи кадров. Поэтому тип коммутации косвенно влияет на производительность коммутатора. Различают четыре типа коммутации:

сквозная коммутация (cut-through);
коммутация с буферизацией (store-and-forward switching);
бесфрагментная коммутация (fragment-free switching);
адаптивная коммутация (intelligent).

При сквозной коммутации в буфер входного порта поступают лишь несколько первых байтов кадра, что необходимо для считывания адреса назначения. После установления адреса назначения, параллельно с приемом остальных байтов кадра, происходит коммутация необходимого маршрута, по кадр передается к выходному порту. Сквозная коммутация возможна лишь в том случае, если выходной порт не занят в момент поступления кадра. В противном случае весь кадр поступает в буфер входного порта.

Сквозная коммутация обеспечивает самую высокую скорость коммутации, что дает значительный выигрыш в производительности. Однако наряду с ростом производительности снижается надежность. Действительно, если не происходит полной буферизации кадра, то и невозможно осуществить анализ этого кадра. Как следствие - могут быть пропущены кадры с ошибками. Таким образом, сквозная коммутация не поддерживает защиты от плохих кадров.

При коммутации с буферизацией кадр поступает в буфер входного процессора, где по контрольной сумме проверяется на наличие ошибок. Если ошибки не обнаружены, пакет передается на выходной порт. Этот способ коммутации гарантирует фильтрацию от ошибочных кадров, однако за счет снижения пропускной способности коммутатора по сравнению со сквозной коммутацией.

При безфрагментной коммутации в буфер входного порта поступает не весь кадр, а только первые 64 байта. Для кадра минимального размера это соответствует полной буферизации, а для кадров, размер которых больше 64 байтов, это соответствует сквозной коммутации. Таким образом, при безфрагментной буферизации проверке подлежат только кадры минимального размера.

В зависимости от конкретных условий работы предпочтителен тот или иной способ коммутации. Так, если передача происходит с большим количеством ошибок, то более предпочтительна коммутация с буферизацией, а если передача происходит без ошибок, то для повышения производительности предпочтительна сквозная коммутация. Поскольку условия передачи могут меняться в зависимости от времени и для каждого порта интенсивность появления ошибок может быть индивидуальной, полезно иметь возможность адаптивной подстройки под конкретные условия передачи. Такая технология получила названия адаптивной коммутации. При адаптивной коммутации коммутатор сам выбирает для каждого порта оптимальный режим работы. Вначале все порты устанавливаются в режим сквозной коммутации, потом те порты, на которых возникает много ошибок, переводятся в режим безфрагментной коммутации. Если и при этом количество ошибок остается неприемлемо большим, то порт переводится в режим коммутации с буферизацией, что гарантирует полную фильтрацию от ошибочных кадров.

Размер адресной таблицы определяет то максимальное количество MAC-адресов, которое может хранить коммутатор. Обычно размер адресной таблицы приводится в расчете на один порт. Размер адресной таблицы зависит от области применения коммутаторов. Так, при использовании коммутатора в рабочей группе при микросегментации сети достаточно всего несколько десятков адресов. Коммутаторы отделов должны поддерживать несколько сот адресов, а коммутаторы магистралей сетей - до нескольких тысяч адресов.

Размер адресной таблицы сказывается на производительности коммутатора только в том случае, если требуется больше адресов, чем может разместиться в таблице. Если адресная таблица порта коммутатора полностью заполнена и встречается кадр с адресом, которого нет в таблице, то процессор размещает этот адрес в таблице, вытесняя при этом какой-либо старый адрес. Эта операция отнимает у процессора порта часть времени, что снижает производительность коммутатора. Кроме того, если после этого порт получает кадр с адресом назначения, который пришлось предварительно удалить из таблицы, по процессор порта передает этот кадр на все остальные порты, так как не может определить адрес назначения. Это в значительной степени отнимает процессорное время у процессоров всех портов и создает излишний трафик в сети, что еще больше снижает производительность коммутатора.

Размер буферной памяти также оказывает непосредственное влияние на производительность коммутатора. Буферная память используется для временного хранения кадров в случае если их невозможности немедленной передачи на выходной порт. Основное назначение буферной памяти заключается в сглаживании кратковременных пиковых пульсаций трафика. Такие ситуации могут возникать в случае, если на все порты коммутатора одновременно предаются кадры и у коммутатора нет возможности передавать принимаемые кадры на порты назначения. Чем больше объем буферной памяти, тем ниже вероятность потери кадров при перегрузках.

Размер буферной памяти может указываться как общий, так и в расчете на порт. Для повышения эффективности использования буферной памяти в некоторых моделях коммутаторов память может перераспределяться между портами, так как перегрузки на всех портах маловероятны.

Кроме рассмотренных выше характеристик коммутаторов, определяющих их производительность, многие модели коммутаторов способны выполнять ряд дополнительных функций. Такие коммутаторы принято называть управляемыми. Управление или настройка коммутаторов может происходить или по последовательному интерфейсу через терминальную программу, или на основе Web. Кроме того, некоторые коммутаторы поддерживают функцию настройки и мониторинга через специальное программное обеспечение. В числе основных дополнительных функций управляемых коммутаторов наиболее важными являются следующие:

трансляция протоколов канального уровня;
фильтрация трафика;
приоритетная обработка кадров;
поддержка протокола Spanning Tree Protocol (STP);
поддержка виртуальных сетей;
поддержка протокола SMNP;
поддержка протокола RMON.

Трансляция протоколов канального уровня подразумевает, что коммутатор может преобразовывать кадры различных форматов друг в друга: например кадры формата Fast Ethernet в кадры формата FDDI. Такая функция коммутатора дает возможность объединять в пределах одной локальной сети сегменты, построенные по различным технологиям. Трансляция кадров происходит в соответствии со спецификациями IEEE 802.1H и RFC 1042, определяющими правила преобразования служебных полей кадров различных протоколов. Естественно, что при выполнении трансляции протоколов канального уровня коммутатор должен обеспечивать коммутацию с буферизацией, так как для преобразования кадров необходима их полная буферизация.

Возможность дополнительной фильтрации трафика позволяет создавать пользовательские фильтры, которые ограничивают доступ заданных заранее групп пользователей к определенным службам сети. Фактически фильтрация трафика - это сервис, повышающий уровень сетевой безопасности.

Приоритетная обработка кадров подразумевает возможность обрабатывать входящие кадры не по принципу First Input First Output (FIFO), когда каждый кадр обрабатывается в соответствии с очередью их поступления, а в соответствии с указанным приоритетом кадра. Для каждого порта можно устанавливать по несколько очередей, причем каждой очереди может быть присвоен определенный уровень приоритета. При таком подходе кадры с высоким уровнем приоритета могут обрабатываться в 10 раз чаще, чем кадры с низким уровнем приоритета.

Самый простой способ осуществлять приоритетную обработку кадров - назначать уровни приоритета непосредственно самим портам. Однако у такого способа есть существенный недостаток - если к порту подключается не один компьютер, а сетевой сегмент, то соответствующим уровнем приоритета будут пользоваться все компьютеры этого сегмента, что может быть нежелательно.

Более гибкой является схема назначения уровня приоритета самим кадрам. Такой механизм реализован в спецификации IEEE 802.1p. Согласно этой спецификации в кадр Ethernet добавляется дополнительно служебное двухбайтовое поле, в котором указывается уровень приоритета кадра. Для того чтобы могла осуществляться приоритетная обработка кадров по спецификации IEEE 802.1p, ее должен поддерживать не только коммутатор, но и сетевые адаптеры конечных узлов.

Поддержка протокола Spanning Tree Protocol , то есть алгоритма покрывающего дерева определяет корректную работу коммутатора в случае, когда между конечными узлами сети существует несколько логических или физических маршрутов, в состав которых входят коммутаторы. При существовании нескольких дублирующих друг друга путей, называемых петлями, возникают явления, которые способны парализовать работу всей сети, если только коммутатор не придерживается определенных правил. Такие дублирующие пути могут прокладываться специально для повышения отказоустойчивости сети.

Протокол STP описан в документе IEEE 802.1D и определяет правила поведения коммутатора в случае обнаружения им петель. В соответствии с протоколом STP для корректной работы коммутатора необходимо, чтобы между любыми двумя конечными узлами сети существовал один и только один маршрут. Если коммутатор обнаруживает несколько дублирующих маршрутов, то начинается процесс определения оптимального маршрута и блокировка всех остальных. Естественно, что для реализации протокола STP необходимо, чтобы все коммутаторы сети обеспечивали его поддержку. Все коммутаторы сети, поддерживающие данный протокол, обмениваются друг с другом специальными служебными кадрами BPDU (Bridge Protocol Data Unit). В этих кадрах заложены два параметра: идентификатор коммутатора и стоимость портов. Идентификатор коммутатора должен назначаться сетевым администратором, а стоимость портов устанавливается по умолчанию либо задается вручную. Обмен BPDU-пакетами позволяет коммутаторам определить корневой коммутатор, которому соответствует наибольшее значение идентификатора и, кроме того, вычислить стоимость пути от конечных узлов до портов корневого коммутатора. На основе сравнения коммутатор с наибольшей стоимостью пути до корня переводит свой порт в заблокированное состояние. Соответственно порт с наименьшей стоимостью пути становится назначенным и осуществляет передачу кадров.

Поддержка виртуальных сетей (Virtual LAN,VLAN) позволяет с помощью коммутатора создавать изолированные друг от друга локальные сети. В отличие от использования пользовательских фильтров, виртуальные сети поддерживают защиту от широковещательного трафика. Поэтому говорят, что виртуальная сеть образует домен широковещательного трафика (broadcast domain). Изоляция виртуальных сетей друг от друга происходит на канальном уровне. Это означает, что передача кадров между различными виртуальными сетями на основании адреса канального уровня (MAC-адреса) невозможна.

Конечно, построить несколько изолированных друг от друга сетей можно, использовав нескольких коммутаторов, но использование одного коммутатора не только снижает стоимость таких сетей, но и позволяет более гибко и рационально использовать порта коммутатора. К примеру, одна локальная сеть может быть построена из двух сегментов, подключенных к двум портам коммутатора, а другая сеть может состоять из пяти сегментов, для чего потребуется пять портов коммутатора. При использовании для этих сетей двух различных коммутаторов несколько портов останутся неиспользованными.

Поскольку узлы различных виртуальных сетей изолированы друг от друга на канальном уровне, для объединения таких сетей в единую сеть требуется привлечение сетевого, или 3-го уровня. Понятие 3-го уровня соответствует градации уровней сетевой модели OSI. Для обеспечения таких связей могут быть использованы маршрутизаторы либо коммутаторы, обеспечивающие функции маршрутизатора. Такие коммутаторы получили название коммутаторов 3-го уровня. По аналогии - коммутаторы, работающие только на канальном уровне, иногда называются коммутаторами 2-го уровня.

Технология образования виртуальных сетей определяется в спецификации IEEE 802.1Q. В соответствии с этой спецификацией в каждый кадр встраивается служебное поле, в котором записывается идентификатор виртуальной сети. Кроме указанной технологии, коммутаторы могут поддерживать способ образования виртуальных сетей по группировке портов. Для этого каждый порт коммутатора приписывается той или иной виртуальной сети. Однако такой способ может применяться только в случае создания виртуальных сетей на базе одного коммутатора.

Поддержка протокола SNMP (Simple Network Management Protocol) определяет возможность управления коммутатором. Протокол сетевого администрирования SNMP очень широко используется в настоящее время и входит в стек протоколов TCP/IP. Протокол SNMP используется для получения от коммутатора информации о его статусе, производительности и других характеристиках, которые хранятся в базе данных коммутатора. Процесс управления коммутатором и получения нужной информации о его состоянии происходит по схеме менеджер-агент. Агент является посредником между коммутатором и основной программой-менеджером. Основная задача агента - предоставление необходимой информации менеджеру. Например, агент коммутатора может предоставлять менеджеру такие характеристики, как количество портов, их статус, текущую скорость передачи данных, таблицу фильтрации и т.д. На основе полученной от агента информации менеджер принимает решение по управлению или обобщает предоставленную информацию для отображения ее в нужном виде.

Поскольку задача агента - предоставление информации, его называют базой данных управляющей информации - Management Information Base, MIB. В настоящее время существует несколько моделей MIB.

Поддержка протокола RMON (Remote Monitoring) определяет возможность удаленного мониторинга и управления коммутатором. Фактически RMON является расширением протокола SNMP, обеспечивая удаленное взаимодействие с базой данных MIB. До появления протокола RMON управление коммутатором могло происходить только локально, например при подключении коммутатора через последовательный порт к компьютеру и использовании терминальной программы. Использование RMON позволяет управлять и следить за состоянием коммутатора с удаленного компьютера с возможностью передачи требуемых данных по сети. Объекты RMON MIB включают в себя дополнительные счетчики об ошибках, более гибкие средства анализа статистики, средства фильтрации и т.д. Агенты RMON MIB более интеллектуальны по сравнению с агентами MIB-I и MIB-II так как позволяют выполнять часть работы по обработке информации вместо менеджеров. Эти агенты могут быть расположены как внутри коммутатора, так и вне их в виде программных модулей на компьютере. В протоколе RMON выделяют 9 групп:

Statistic - группа сбора текущих статистических данных о трафике, характеристиках пакетов, ошибках и т.д.
History - группа сбора статистических данных, которые сохраняются через определенные промежутки времени для последующего анализа.
Alarms - группа сбора пороговых значений показателей, при превышении которых посылается соответствующее сообщение.
Hosts - группа сбора статистических данных о конечных узлах.
Hosts Top N - группа сбора данных по конечным узлам с возможностью сортировки.
Matrix - группа сбора данных о трафике между каждой парой узлов сети.
Filter - группа сбора данных об условиях фильтрации пакетов.
Capture - группа сбора данных об условиях захвата пакетов.
Event - группа сбора данных об условиях регистрации и генерации событий.

Кроме перечисленных дополнительных возможностей, предоставляемых управляемыми коммутаторами, стоит отметить, что многие модели предусматривают возможность масштабирования .

Для неуправляемых коммутаторов эта функция реализуется в большинстве случаев через специальный порт Uplink, позволяющий связывать коммутатор с коммутатором или концентратором. Наличие такого порта - хотя и удобное, но не единственное решение. Два коммутатора можно связать друг с другом и через обычные порты, но с применением кроссированного кабеля.

Для управляемых коммутаторов возможность масштабирования решается с использованием либо транковых соединений, либо специальных высокоскоростных портов, что позволяет объединять несколько коммутаторов в стек (стековые коммутаторы).

Транковые соединения представляют собой объединения нескольких портов друг с другом так, что с точки зрения коммутатора они видятся как один порт. В результате пропускная способность транкового соединения возрастает пропорционально количеству объединенных портов. К примеру, пропускная способность транкового соединения из четырех портов FastEthernet 100 Mбит/с составит 800 Мбит/c в полнодуплексном режиме работы. Такие соединения используются для соединения коммутаторов друг с другом или для соединения коммутатора с сервером при наличии соответствующего количества объединенных сетевых карт на сервере.

Использование высокоскоростных портов для объединения коммутаторов в стек позволяет объединять несколько коммутаторов в общую систему, работающую как единый коммутатор. Как правило, использование высокоскоростного интерфейса позволяет объединять только коммутаторы одного производителя.

Методика тестирования коммутаторов

Тестирование проводилось для управляемых и неуправляемых коммутаторов Ethernet 10/100 MBps. Подробные технические характеристики коммутаторов представлены в табл. 1 .

Тестирование коммутаторов проводилось в два этапа. На первом этапе оценивалась интегральная производительность коммутатора при работе в реальной сети, на втором этапе, который условно можно назвать функциональным тестированием, проводилось сравнение наиболее важных, влияющих на их производительность и функциональные возможности характеристик коммутаторов.

Методика тестирования любого сетевого устройства основана на создании таких условий, при которых именно тестируемое устройство является узким местом в сети. При таком подходе производительность всей сети будет определяться именно производительностью тестируемого устройства и получаемые результаты будут корректны. Так, например, если при тестировании серверов коммутатор или концентратор окажется узким местом сети, ограничивающим сетевой трафик, то максимальная производительность сервера просто не будет достигнута.

Между тем создать такие условия, при которых получаемые результаты целиком бы зависели от тестируемого устройства, в принципе невозможно. Результаты неизбежно будут определяться производительностью всех сетевых компонентов, то есть производительностью рабочих станций и серверов, производительностью концентраторов и коммутаторов, физической топологией сети и т.д. Это означает, что результаты тестирования будут меняться при изменении конфигурации самой сети и для возможности сравнения тестируемых устройств необходимо локализовать конфигурацию всей сети, изменяя в ней только тестируемое устройство.

Все выше сказанное в полной мере относится и к коммутаторам. Первая проблема, возникающая при тестировании коммутаторов - это создание таких условий, при которых именно коммутатор был бы узким местом сети. Производительность самого коммутатора заведомо выше производительности компьютера, и в этом смысле загрузить коммутатор не так-то просто. Поэтому часто при тестировании коммутаторов используют не компьютеры, создающие трафик в сети, а специализированные генераторы трафика, как например Smartbits Advanced SMB100. Производительность таких программируемых генераторов выше производительности коммутаторов, и, следовательно, они позволяют создать экстремальные условия для работы коммутаторов. Именно с их помощью можно измерять такие важные характеристики коммутаторов, как время задержки, скорость продвижения и фильтрации а также пропускная способность коммутатора.

При использовании в качестве оконечной нагрузки коммутатора компьютеров измерить какие-либо характеристики коммутатора принципиально невозможно. С другой стороны, представить себе сеть с загрузкой, хотя бы приближающейся к той, что создается с помощью специализированных генераторов трафика, тоже трудно. Поэтому, на наш взгляд, более интересным представляется сравнение коммутаторов не в условиях, которые заведомо не могут быть достигнуты в реальных сетях, а в условиях, максимально приближенных к реальным. Исследуя работу коммутатора в реальной сети, можно попытаться получить некоторую интегральную оценку производительности не столько самого коммутатора, сколько производительности сети, построенной на конкретном коммутаторе . Именно этот принцип и был положен нами в основу проведения сравнительных испытаний коммутаторов.

Для проведения тестирования разворачивалась локальная сеть Fast Ethernet, состоящая из 8 рабочих станций с операционной системой Microsoft ® Windows ® 2000 Professional SP1 и коммутатора. Использование кабеля категории CAT5 позволило создать сеть 100Base-TX c полнодуплексным режимом работы. Все компьютеры сети имели одинаковую конфигурацию:

материнская плата ASUS P3B-F;
процессор Intel Pentium III 500 MHz;
оперативная память 128 МВ PC-100 non ECC;
жесткий диск 10200 MB IDE;
сетевой адаптер 3Com Fast EtherLink XL PCI-10/100 Base-TX.

Параметры сетевых адаптеров на всех компьютерах были выставлены по умолчанию, а именно:

поддержка протокола 802.1p (приоритетная обработка кадров) - запрещена (Disable);
управление потоком 802.3x (Flow Control) - разрешено (Enable);
режим работы (Duplex Mode) - определяется оборудованием (Hardware default);
тип среды передачи данных (Media Type) - определяется оборудованием (Hardware default).

Конфигурация используемой локальной сети показана на рис. 10 .

Характерно, что в используемой нами сети нет сервера. Действительно, можно, используя несколько компьютеров, создать мощный трафик, направив его на один порт коммутатора, к которому подключен сервер. Казалось бы, в этих условиях можно оценить пропускную способность порта коммутатора и производительность коммутатора по обслуживанию выходных очередей. Однако пропускная способность коммутатора ограничена не его производительностью, а протокольными соотношениями и для сети Fast Ethernet не может превосходить 100 Мбит/с, а производительности процессора выходного порта коммутатора вполне достаточно для обслуживания всех выходных очередей при потоке в 100 Мбит/с. Кроме того, при таком подходе узким местом в сети является не коммутатор, а канал связи коммутатор-сервер. То есть производительность сети будет определяться производительностью сетевой подсистемы самого сервера. В доказательство сказанного можно отметить, что производительность сети в рассмотренном примере не будет меняться не только при замене одного коммутатора на другой, но и при замене коммутатора на концентратор. Действительно, с одной стороны, использование концентратора вместо коммутатора сохраняет классический подход к рассмотрению множественного доступа, определяя в качестве домена коллизий всю локальную сеть. С другой стороны, механизм саморегулирования потока за счет перехода клиентов в режим ожидания в сети, построенной на концентраторе, и механизм сдерживания потока, основанный на технологии Advanced Flow Control, принципиально приводят к одинаковому результату: если линия (порт) занята, то передача кадра откладывается.

Именно поэтому для проведения тестовых испытаний мы использовали одноранговую локальную сеть. Для создания максимальной нагрузки на коммутатор каждый компьютер сети одновременно в псевдопараллельном режиме общался со всеми остальными компьютерами сети, то есть общение между компьютерами данной сети основывалась на принципе «многие-ко-многим» (рис. 11).

В реальных условиях при микросегментации сети трудно представить себе ситуацию, когда один компьютер сети одновременно общается со всеми остальными. Однако ситуация кардинально меняется, если к каждому порту коммутатора подключается не отдельный компьютер, а концентратор или другой коммутатор. В этих условиях каждый порт коммутатора представляет отдельный сегмент сети и общение между компьютерами, принадлежащим различным сегментам, создает трафик, подобный тому, как если бы каждый сегмент сети был представлен отдельным компьютером, общающимся со всеми остальными компьютерами сети. (рис. 12).

При достаточно интенсивном трафике узким местом сети становится сам коммутатор, и производительность всей сети определяется интегральной производительностью коммутатора. Действительно, если трафик, поступающий на каждый порт, близок к предельному и пакеты в непредсказуемом порядке адресуются всем остальным компьютерам сети, то скорость передачи информации через коммутатор будет интегрально зависеть от скорости продвижения кадров и времени задержки передачи.

Для создания интенсивного трафика мы использовали утилиту Iometer, разработанную компанией Intel ® . При использовании утилиты необходимо, чтобы на всех компьютерах сети была бы установлена операционная система Windows NT4 или выше. Именно поэтому мы использовали на всех компьютерах ОС Windows 2000 Professional SP1. Утилита предназначена для измерения производительности сетевых устройств и состоит из двух программ: Dynamo и Iometer. Программа Dynamo осуществляет функцию генератора трафика и устанавливается на всех компьютерах сети, с которых предполагается генерировать трафик. Программа Iometer осуществляет функцию контроллера и руководит работой программы Dynamo. С помощью графического интерфейса программы Iometer задаются программа теста, последовательность выполняемых операций, интенсивность трафика и осуществляется отображение результатов теста. Программа Iometer устанавливается только на одном компьютере сети. Согласно терминологии утилиты Iometer любая пара компьютеров сети, между которыми производится генерация трафика, представляют собой пару «клиент-сервер». Причем компьютер, на который производится генерация трафика, называется сервером, а компьютер, с которого осуществляется генерация трафика, называется клиентом. При этом под парой «клиент-сервер» понимают не физические компьютеры сети, а логическую задачу, выполняемую на паре компьютеров. Утилита Iometer позволяет организовывать работу в многозадачном режиме, поэтому между любыми двумя физическими компьютерами могут одновременно выполняться несколько логических задач, каждая из которых требует свей собственной пары «клиент-сервер». Для того чтобы организовать равноправный обмен данными между двумя физическими компьютерами, на каждом из них устанавливается как сервер, так и клиент. Если же необходимо осуществить равноправное взаимодействие между всеми восемью компьютерами сети, то на каждом из них устанавливается по восемь серверов и восемь клиентов. Утилита Iometer позволяет контролировать интенсивность генерируемого трафика, однако такой контроль осуществляется не непосредственно, а через дополнительные параметры настройки выполняемой задачи. Такими настройками являются: размер данных, над которыми выполняются файловые операции ввода-вывода (Transfer Request Size), тип выполняемой операции - последовательное чтение, выборочное чтение, последовательная запись, выборочная запись, а также смесь этих операций в процентном соотношении, время задержки между выполнением указанных задач. В нашем тестировании для получения максимально интенсивного трафика мы использовали операции последовательно чтения с размером данных в 64 Кбайт при нулевом времени задержки. В этих условиях утилизация процессора каждой рабочей станции составляет не более 15%, что позволяет утверждать, что процессорная подсистема рабочих станций не является узким местом сети.

В указанных условиях трафик, создаваемы между одной парой компьютеров, то есть без учета влияния всех остальных компьютеров сети равен, 90 Мбит/с. При этом речь идет не о полезном, а о полном трафике, то есть с учетом «накладных расходов», когда переносимая информация определяется размером кадра.

Для оценки интегральной производительности коммутатора количество компьютеров в сети, взаимодействующих по принципу «многие-ко-многим» увеличивается от двух до восьми и с добавлением каждого нового компьютера рассчитывается как предлагаемая нагрузка на сеть, так и реально наблюдаемая нагрузка.

Под реальной нагрузкой на сеть, измеряемой в мегабайтах в секунду (MBps) или в мегабитах в секунду (Mbps) понимается количество данных, переносимых по сети в единицу времени.

Под предполагаемой нагрузкой на сеть понимается то количество данных, которое можно передать по сети за единицу времени в «идеальных условиях», то есть в случае, когда компьютеры передают данные по сети, не влияя друг на друга. Для расчета предполагаемой нагрузки сначала определяется трафик в случае, когда один компьютер сети, подключенный, например, к первому порту коммутатора, передает данные одновременно всем остальным компьютерам сети. После этого аналогичный трафик определяется для компьютера, подключенного ко второму порту, и т.д. для всех компьютеров сети. Если трафик, идущий от i -го порта к j -му порту обозначить через Cij, то предлагаемая нагрузка рассчитывается по формуле:

где N - количество задействованных портов коммутатора.

Учитывая, что все порты коммутатора имеют одинаковую производительность, а конфигурация всех компьютеров одинакова, полученную формулу можно упростить:

Если бы коммутатор был способен обеспечить такую передачу данных, при который компьютеры сети не «тормозили» бы друг друга, то предлагаемая нагрузка совпала бы с наблюдаемой. Однако в реальных условиях всегда имеет место взаимное влияние компьютеров друг на друга, и наблюдаемая нагрузка на сеть всегда меньше предлагаемой. Величину, показывающую во сколько раз наблюдаемая нагрузка меньше предлагаемой, мы будем называть интегральной производительностью коммутатора.

Интегральная производительность коммутатора определяется в относительных единицах как отношение реально наблюдаемой нагрузки в сети к предполагаемой нагрузке, то есть по формуле:

Измерение интегральной производительности коммутатора в относительных единицах более удобно тем, что получаемые величины наделены конкретным физическим смыслом. Действительно, при таком определении интегральная производительность показывает, насколько близок данный коммутатор к «идеальному». При этом «идеальному» коммутатору соответствует значение интегральной производительности, равное единице, а для реальных коммутаторов - оно всегда меньше единицы.

При расчете интегральной производительности коммутатора было зафиксировано, что предлагаемая нагрузка на сеть у всех коммутаторов одинакова. Фактически это означает, что в условиях отсутствия взаимного влияния компьютеров друг на друга, все коммутаторы работают одинаково. С ростом числа клиентов, то есть компьютеров, участвующих в процессе обмена данными, предлагаемая нагрузка увеличивается линейно (рис. 13) и может быть рассчитана по формуле:

где N - количество активных клиентов, к - коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментально. В нашем случае он оказался равен 11,25 МБайт/с=90 Мбит/с. Таким образом, при подключении всех восьми компьютеров предлагаемая нагрузка составляла 720 Мбит/с.

Согласно нашим измерениям, наблюдаемая нагрузка менялась для различных моделей коммутаторов от 0,52 до 0,97. При этом, наблюдаемая нагрузка, так же как и предлагаемая, линейно возрастала с ростом числа клиентов. При линейной зависимости наблюдаемой нагрузки для расчета интегральной производительности коммутатора, в принципе, достаточно и трех клиентов, так как отношение наблюдаемой нагрузки к предлагаемой не зависит от числа клиентов, если только их больше трех. Тогда возникает вопрос: для чего нужно использовать так много клиентов, если можно обойтись всего тремя? Цель, которая преследовалась увеличением числа используемых клиентов - загрузить коммутатор как можно больше. Естественно, что при максимальной нагрузке в 720 Мбит/с коммутатор не нагружается даже на 50% от своей пропускной способности, и в этом смысле говорить о загрузке коммутатора бессмысленно. Речь идет о том, насколько «сбалансировано» коммутатор обслуживает свои порты в случае, когда все компьютеры одновременно начинают запрашивать доступ к среде передачи данных. Как известно, коммутатор должен предоставлять равные права всем компьютерам к среде передачи данных. Однако «должен» - не значит «умеет». В процессе тестирования у нас возникло подозрение, что не все коммутаторы знают о своих обязанностях. Так, была выявлена модель коммутатора, которая отказывалась работать со столь большим числом клиентов одновременно. По всей видимости, коммутатор не обеспечивал сбалансированное обслуживание своих портов и те компьютеры, которые не могли в течение положенного срока начать передачу данных, приводили к сбою в работе программы.

В завершение описания методики измерения производительности коммутатора отметим, что каждый замер наблюдаемой нагрузки производился по пять раз, а по результатам измерений рассчитывалось среднее значение и среднеквадратичное отклонение. Зная среднеквадратичное отклонение, мы рассчитывали погрешность измерения при доверительной вероятности 80% (коэффициент Стъюдента равен 0,267). В наших измерениях погрешность не превышала 1%.

Учитывая, что проведенного нами исследования работоспособности коммутаторов недостаточно для получения объективной оценки качества, на втором этапе мы сравнивали наиболее важные, на наш взгляд, характеристики коммутаторов. Из них мы выбрали следующие: интегральную производительность коммутатора по результатам проведенного тестирования, цену за порт, размер таблицы MAC-адресов, количество портов UpLink, максимальное количество портов в транковом объединении, максимальное количество коммутаторов, объединяемых в стек, количество дополнительных слотов в коммутаторе, экспертную оценку дополнительных возможностей коммутатора и экспертную оценку эффективности управления коммутатором (табл. 2). Естественно, что приведенный перечень характеристик коммутатора далеко не полный, но, во-первых, сравнивать все характеристики коммутаторов было бы крайне сложно, а во-вторых, далеко не все характеристики коммутатора можно выяснить по его паспортным данным. Так, например, выяснить пропускную способность, время задержки и объем буферной памяти для многих моделей коммутаторов оказалось невозможно.

В приведенном перечне оцениваемых характеристик поясним, что мы понимаем под «экспертной оценкой дополнительных возможностей коммутатора» и «экспертной оценкой эффективности управления коммутатором».

Эффективность управления означает, насколько легко выбирать требуемую конфигурацию продукта и управлять им. Кроме того, учитывается и функциональность управления, то есть количество опций, доступных для настройки. Управление через Web-браузер или специализированный софт - большой плюс, но оно должно быть быстрым, простым в навигации и охватывать большинство, если не все важные функции устройства.

При оценке дополнительных возможностей коммутатора учитывался весь спектр дополнительных функций и возможностей. К примеру, возможность выбирать режим коммутации - большой плюс. Кроме того, учитывались возможности по созданию виртуальных сетей, фильтрации трафика, обеспечению сетевой безопасности и т.д.

Часть из указанных характеристик учитывается по факту наличия, то есть либо «есть» либо «нет» часть характеристик рассчитывается субъективно по 10-бальной шкале.

Для каждой характеристики вычисляется ее показатель качества. Необходимость введения этого абстрактного понятия вызвана стремлением сравнить коммутаторы между собой. Ведь конечная цель тестирования заключается именно в сравнении коммутаторов между собой и не только по отдельным характеристикам, но и в целом. Такое сравнение было бы простой задачей, если бы у нас имелся какой-либо обобщенный (интегральный) показатель производительности или качества коммутатора. Для определения такого интегрального показателя качества сначала вычисляется показатель качества каждой отдельной характеристики, после чего они складываются с соответствующими весовыми коэффициентами.

Итак, первая проблема, с которой приходится сталкиваться, это вычисление показателя качества для каждой отдельной характеристики. Понятно, что сама по себе характеристика в «чистом» виде не может быть своим же качеством. Действительно, как можно, например, складывать максимальное количество коммутаторов, объединяемых в стек, и удобство управления коммутатором? Поэтому показатель качества каждой характеристики должен быть безразмерной величиной. Более того, показатель качества должен отражать действительное положение вещей, то есть если характеристика одного коммутатора хуже аналогичной характеристики другого коммутатора, то и соотношение показателей качества этих характеристик должно быть аналогичным. Формулы, позволяющие вычислить показатель качества каждой характеристики, приведены в табл. 2 .

После того как определены показатели качества каждой характеристики, можно вычислить качество самого коммутатора. Однако просто сложить показатели качества для каждой характеристики недостаточно. Ведь разные характеристики имеют различную значимость. Естественно, что показатель качества интегральной производительности коммутатора по результатам тестирования куда более важен, чем показатель качества удобства управления коммутатором. Поэтому для каждой характеристики необходимо определить ее весовой коэффициент, являющийся показателем значимости данной характеристики. Весовые коэффициенты выражаются в процентах или в долевых частях, но так, чтобы сумма всех весовых коэффициентов была равна 100%, или соответственно 1. Тогда интегральный показатель качества коммутатора вычисляется как сумма произведений показателей качества отдельных характеристик и соответствующих весовых коэффициентов. Учитывая, что в тестировании мы использовали как управляемые, так и неуправляемые коммутаторы, а сравнивать их друг с другом нельзя хотя бы потому, что эти коммутаторы предназначены для различных целей, весовые коэффициенты характеристик различны для управляемых и неуправляемых коммутаторов.

Определение весового коэффициента каждой характеристики является, пожалуй, наиболее слабым местом в методике сравнения коммутаторов, так как весовые коэффициенты - параметр субъективный. Как говорится, на вкус и цвет товарищей нет. Для повышения объективности методики вычисления качества коммутатора мы провели опрос экспертов в области сетевых технологий, в ходе которого просили их высказать свою точку зрения о важности той или иной характеристики коммутатора и заполнить таблицу с весовыми коэффициентами характеристик. Результаты приведены в табл. 2 .

Рассчитанные по описанной выше методике интегральные показатели качества коммутатора использовались при выборе самого качественного коммутатора. Чем выше интегральный показатель качества, тем лучше. Для удобства сравнения и анализа для каждой характеристики коммутатора приводится как абсолютное значение, так и нормированное. Все характеристики, кроме «цены за порт», нормируются на максимальное значение. Цена за порт, наоборот, нормируется на минимальное значение, поскольку чем ниже этот показатель, тем выше интегральный показатель качества. Результаты оценки характеристик и интегральный показатель качества для управляемых коммутаторов представлены в табл. 3 , а для неуправляемых коммутаторов - в табл. 4 .

Сети и сетевые устройства становятся все более сложными. Расширение предприятия, конвергенция в ЦОДе и реализация новых услуг требуют слаженной совместной работы различных сетевых технологий и устройств.

Поскольку различные специализированные сети объединяются в одну сеть, передающую голос, видео, данные и беспроводный трафик, важно, чтобы производители коммутаторов и маршрутизаторов проверяли масштабируемость, стабильность функционирования и производительность своих разработок.

Сервис-провайдеры должны поддерживать мультисервисное обслуживание на единой IP-сети, чтобы обеспечивать своим клиентам возможность использования таких все более популярных сетевых служб, как YouTube, Facebook и службы однорангового (peer-to-peer — P2P) обмена информацией. Потребность в более широкой полосе пропускания и необходимость предоставлять все больше услуг обусловливают усложнение сетей и сетевых устройств, а также увеличение их производительности. Провайдерам следует тщательно проверять возможности своих сетей дифференцированно обслуживать (на основе сконфигурированных правил системной политики в области QoS и требований SLA) трафик различных сервисов, а также определять влияние новых приложений на работу имеющихся сетевых служб.

В ЦОДе трафик ЛВС и трафик сети хранения данных (Storage Area Network — SAN) традиционно передавались по отдельным сетям Ethernet и Fibre Channel. Появление недорогих средств 10GE создало экономический стимул к объединению этих сетей с использованием новых компонентов DCB (Data Center Bridging), включая коммутаторы FCoE (Fibre Channel over Ethernet) и решения для SAN.

Решения Ixia

Решения Ixia обеспечивают всестороннее тестирование совместимости, производительности и масштабируемости сетевого оборудования. Тестовое приложение IxNetwork компании Ixia представляет собой самое полное в отрасли решение для функционального и нагрузочного тестирования этого оборудования посредством эмуляции протоколов маршрутизации, коммутации, MPLS, IP multicast, широкополосного доступа и аутентификации.

Имитация протоколов маршрутизации и коммутации

Технология		Протоколы

Маршрутизации		RIP, RIPng, OSPFv2/v3, ISISv4/v6, EIGRP, EIGRPv6, BGP4+, BGP+, GRE, BGP FlowSpec

MPLS/VPN		RSVP-TE P2P/P2MP, LDP/MLDP, MPLS-OAM , Segment Routing, L2VPN (PWE/VPWS, VPLS), L3VPN/6VPE, 6PE, Ethernet VPN

Обеспечения отказоустойчивости		BFD

IP multicast		IGMP/MLD, PIM-SM /SSM, PIM BSR, Multicast VPN

Коммутации		STP/RSTP/MSTP, PVST+, RPVST+, LACP (агрегации каналов)

Широкополосного доступа		ANCP, PPPoX, DHCPv4/v6 Client/Server, L2TPv2, атрибуты RADIUS для L2TP

Аутентификации		802.1x, веб-аутентификации, Cisco NAC

Передачи трафика		Ethernet, IPv4, IPv6, VLAN, MPLS multi-label , L2/L3 MPLS VPN, VPLS, 6VPE, Multicast (групповой передачи), Multicast VPN

Тестовые порты Ixia точно имитируют сетевую среду масштаба Интернета, содержащую тысячи маршрутизаторов и коммутаторов, миллионы маршрутов и достижимых хостов. Можно легко сконфигурировать миллионы потоков трафика для определения и контроля производительности плоскости данных.

Возможна имитация действий групп пользователей (в масштабе города), использующих разнообразные сервисы, включая веб, e-mail , FTP, P2P, VoIP и видеосервисы. Средства Ixia позволяют проводить стресс-тестирование даже самого мощного сетевого оборудования.

Нагрузочные модули Ixia имеют множество тестовых портов и поддерживают сетевые интерфейсы всех типов. Интерфейсы Ethernet в этих модулях работают в полном диапазоне скоростей — от 10 Мбит/с до 400 Гбит/с. Для оценки скорости и надежности продвижения (forwarding) данных трафик генерируется на полной линейной скорости.

Для выполнения сложных тестов решения Ixia обеспечивают:

моделирование миллионов сервисов с детерминированными профилями трафика;
задание различных профилей трафика (с управляемой скоростью передачи) для каждого сервиса;
проверку выполнения SLA (путем динамической модификации профилей трафика);
выдачу статистики по сервисам и пользователям.

Тестовые порты Ixia имитируют сложную сетевую среду в процессе тестирования инфраструктурного сетевого устройства

С помощью графического пользовательского интерфейса тестового приложения IxNetwork можно легко конфигурировать имитацию сложных топологий VPN уровней 2 и 3. Средства тестирования хорошо масштабируются, что позволяет проводить стресс-тестирование мощнейших BGP- и MPLS-маршрутизаторов. Каждый тестовый порт, будучи оборудованным процессором, может реализовать сотни LDP-сеансов и тысячи классов эквивалентности продвижения (FEC), а также сотни VPN-сессий и тысячи VPN-маршрутов. Для одновременного тестирования плоскости данных и плоскости управления трафик, передаваемый по VPN, может генерироваться на полной линейной скорости.

Тестовое приложение IxNetwork идеально подходит как для интерактивной разработки тестов, так и для их автоматизированного выполнения. Простые в использовании графические интерфейсы и программы-мастера помогают организовывать имитацию сложных сетей и различных видов трафика. С помощью агрегированной статистической информации, а также статистики по пользователям, виртуальным ЛВС (ВЛВС) и VPN можно быстро идентифицировать любой сбой или неправильно работающий сервис. Решение Test Composer с графическим пользовательским интерфейсом обеспечивает автоматизацию тестирования, а утилита ScriptGen транслирует установки, сделанные в графическом интерфейсе, в код сценария. Quicktests реализует основанные на стандартах методики тестирования. Для автоматизации тестирования приложение IxNetwork предоставляет полнофункциональные интерфейсы API .

Предлагаемое приложение и платформы

IxNetwork/IxNetwork VE		Полное тестирование маршрутизаторов и коммутаторов на уровнях 2 и 3 c генерацией трафика на линейной скорости и имитацией работы протоколов: Протоколы маршрутизации и коммутации. MPLS и VPN. IP multicast. Широкополосное тестирование. Передача трафика приложений по маршрутам

K400 QSFP-DD 400GE		Первое в мире 400-гигабитное тестовое решение, генерирующее пакетный трафик на линейной скорости и призванное ускорять выпуск на рынок оборудования 400GE

Novus 100GE QSPF28		Тестирование сетевых продуктов с портами 100/50/25GE по медным и волоконно-оптическим (многомодовым и одномодовым) линиям; данный нагрузочный модуль предназначен для испытательных стендов с большим числом портов

Novus ONE		Портативное устройство для полного тестирования сетей и приложений на уровнях 2-7

Novus Multi-Speed		Пятискоростное (10G/5G/2,5G/1G/100M) и трехскоростное (10G/1G/100M) решения с большим числом портов dual-PHY для сверхкрупномасштабного и высокопроизводительного тестирования

Novus 10G/1G/100M 32-Port SFP+		Трехскоростное (10G/1G/100M) многопортовое решение для сверхкрупномасштабного и высокопроизводительного тестирования

Шасси XGS12		Самая высокая в отрасли плотность портов 100GE, 40GE и 10GE в стоечном пространстве высотой 11U, что сокращает потребности в стоечном пространстве и упрощает техническое обслуживание

Шасси XGS2		2-слотовое высокопроизводительное шасси высотой 3U